大口径高温高压整体锻制截止阀的设计

　　介绍了大型火电锅炉机组用整体锻制截止阀的结构特点、工作原理及性能，论述了截止阀的使用与维护方法，及主要零部件的材料选用。

　　1、概述

　　近年来，随着高参数、大机组及超临界火电机组大量投产运行，对发电机组的性能要求越来越高。截止阀是保证机组安全和经济运行的重要配套装置之一，其中主给水截止阀的作用是不间断的向锅炉给水管道输送不饱和水，保证锅炉正常运行。由于主给水截止阀在高温高压下操作，根据工况系统的要求，设计了整体锻造大口径截止阀。

　　2、工作原理

　　截止阀( 图1) 由阀体、大阀瓣、小阀瓣、阀盖、均压环、四分环和阀杆等组成。由于截止阀公称通径较大，为减小阀门启闭力矩，阀瓣采用大阀瓣与小阀瓣组合结构。介质流通方向为高进低出。阀门开启时，先由阀杆提升小阀瓣，小阀瓣受力面积小，易于开启。在小阀瓣提升过程中，阀门两端压差逐渐减小，随着阀杆的继续上升，再带动大阀瓣的开启。这种结构减轻了启闭瞬间介质对阀杆和阀瓣的损伤，避免了大口径截止阀启闭力矩大的缺点，降低了执行器的力矩和制造成本。为了保证小阀瓣和阀杆连接的可靠性、灵活性和万向性，又方便装卸，小阀瓣采用T 形槽连接。

1. 阀体2. 大阀瓣3. 小阀瓣4. 阀杆5. 阀盖6. 自密封填料7. 均压环8. 四分环9. 压板

图1 主给水截止阀

3、主要技术参数

　　公称尺寸：200mm

　　公称压力：32MPa

　　设计温度：250℃

　　管道规格：Φ223 × 12. 7 mm

　　适用介质：水、蒸汽

　　连接形式：对焊连接

　　驱动方式：锥齿轮传动

4、设计

　　截止阀设计时采用ASME B16. 34 和GB /T12221 等相关标准。由于截止阀的压力- 温度额定值符合ASME B16. 34 的特殊级，用插值法得出32MPa 对应的压力级为Class 2 000。阀体和阀盖的连接采用内压自紧( 伍德) 密封结构，这种结构内部压力越高，阀盖密封性能越好。截止阀受结构因素影响，流阻大，压降高，阀瓣与阀座密封面材料既要耐腐蚀、耐冲刷，又要保证在高温时的硬度，因此，密封面堆焊硬质合金( stellte No. 6) ，增强其耐磨性和抗擦伤性，提高密封面的使用寿命。截止阀通过锥齿轮传动装置带动阀杆升降运动，实现阀门的启闭。在全开状态时，阀瓣完全提起，并略高于出口通道的中心线，使阀门的压降小。

　　按ASME B16.34 要求，阀体壁厚用内插法选取为50mm。阀体颈部最小壁厚( 图2) t' = 75mm。各零部件尺寸确定后，对阀体顶部、阀杆和阀盖等进行强度校核。

图2 阀体颈部最小壁厚

5、材料

　　阀体由毛坯钢锭整体锻造成型，阀门内腔零部件采用锻件或板料。阀体在大型锻压设备上采取自由锻的形式，经过镦粗→拔长→冲孔→扩孔→压肩→压痕→倒棱→校直等，使锻件外形接近长方形。锻造阀体经粗加工→整体热处理→消除热处理应力→阀体整体超声波探伤→精加工→整体着色检查合格后与其他零部件组装。

　　阀杆选用38CrMoAlA 氮化合金钢，其有很好的氧化性能与力学性能，氮化处理后有高的表面硬度达1 100 ～ 1 200HV，并有较高的疲劳强度和高温许用应力，可以减小阀杆直径，使截止阀整体结构紧凑。截止阀主要零部件材料见表1。

表1 主要零件材料

6、结构特点

　　(1) 大阀瓣、小阀瓣分别与阀体中腔及大阀瓣内孔间隙配合，方便导向。可以避免在高压差下阀门启闭时，阀瓣被流体推向一侧，导致阀瓣与阀座密封失效，也可避免在极端条件下，阀杆弯曲。同时阀瓣在阀体内导向，可保持阀瓣密封面和阀座的同轴度。由于利用了导向的功能，阀体与阀瓣的间隙较大，使阀瓣升降灵活无卡阻。

　　(2) 由于阀门开启时小阀瓣先开启，降低了阀门的开启力矩，既降低了锥齿轮传动装置的力矩，减少了传动装置的成本，又减小密封面的磨损。

　　(3) 在阀体中腔与自密封填料接触处堆焊Stellite合金，防止在高温及自密封填料强烈腐蚀下，造成阀体中腔内壁磨损，可有效的保证中腔的密封。

　　(4) 阀杆密封采用柔性石墨编织填料和柔性石墨环，其中首圈和底圈采用柔性石墨编织填料，中间圈填料采用柔性石墨环，以防止石墨受压后挤入阀体中腔。在填料安装时，应对填料逐个预压，以维持填料良好的密封性。

　　(5) 阀杆与立柱之间加装导向块，保证阀杆只作升降运行不做旋转转动，减小对填料的磨损，保证填料的密封性能。

7、使用及维护

　　截止阀应垂直安装，阀体上所标注的箭头为介质实际运行流向。在安装现场必须留出操作和维修的空间。阀盖部位不宜包裹保温层，以便填料部位尽可能充分自然冷却，保证填料密封安全、可靠。阀门出厂时，在阀体与管道连接的坡口处涂有防锈涂料，在与管道焊接前应将防锈涂料、油污及灰尘清理和清洗干净，注意不要损伤阀体坡口。阀门的锥齿轮传动装置应采取保护措施，防止损伤及误操作。阻止大气中的灰尘、化学物质或潮湿气体对阀杆螺纹及传动装置的侵蚀而使其启闭失效。螺纹、轴承或齿轮等的工作区域应定期润滑。

8、结语

　　大口径高温高压整体锻件截止阀启闭件密封结构可靠，小阀瓣的先开启，使得启闭力得到了极大的减小，降低了执行器的成本。经过各项检验，性能良好，在长期的工作状态下可实现零泄漏，提高了阀门的使用寿命，对稳定产品质量和保障配套设施的安全运行具有积极的作用。