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【阀门论文】超高温热阀热态密封试验的方法与应用
更新时间 2020-06-12     已被浏览: 1061

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产品描述

黄美林,南 飞,项永安,项光洪,项力胜,王忠渊,刘贤德,项良海,周祝鎏

(浙江石化阀门有限公司,浙江温州325025)

摘要 介绍了一种高压超高温阀门的阀体隔热保温效果试验及其液压执行机构的压力与介质温度、压力的匹配关系的试验装置与操作方法。

01 概述

高压超高温液控截止阀(热阀,图1)是安装在高超音速(M>10)风洞试验装置的关键设备,阀门的最高工作压力12MPa,公称通径DN500,最高工作温度900℃,介质为高温干燥空气。根据工况系统要求,阀门出厂时,除了按API598标准进行强度、高压密封、低压气密封试验之外,还要进行隔热保温试验和执行机构的液压油缸与介质工作压力和工作温度的匹配试验。对于壳体隔热保温试验的要求是,当介质温度为900℃时,壳体外表面温度≤80℃。根据液压油缸与介质参数相互匹配的要求,其介质压力分别为1MPa、2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、10MPa和12MPa共7个等级,介质温度分别是505℃、611℃、715℃、809℃和900℃共5个档次。介质压力与油缸压力成正比关系,容易计算。但介质温度会影响密封副(STL)的硬度,会影响密封副的必须密封比压,这些数据是无法在阀门设计计算手册及相关文献中查到的,只有通过试验,才能确定油缸压力与这些介质参数的匹配关系。油缸的压力要克服介质作用力、密封副的必须密封力和阀杆与填料的摩擦力。若油缸的压力过大,就会压坏密封面,影响阀门使用寿命。油缸的压力过小,则密封副不能密封,阀门不能正常工作,所以正确选择调试油缸压力,达到合理匹配非常重要。

02 试验方法

热阀的试验方法见图2。首先是壳体的隔热保温效果试验。阀体内腔流道和阀体内壁之间,有100mm厚的隔热保温层,保温层主要有两种材质,最里面是3层隔热套管,厚度分别为8mm、2mm和1mm,每层均钻有直径不等的通气孔,总的出气孔面积约为0.03%,最大孔 φ10mm,最小孔 φ3mm。金属套管外面包裹不锈钢钢丝网,网的外面再包裹3层硅胶铝纤维布,布的外面再裹3层硅酸铝纤维毡,毡的外面的缝隙处塞紧硅酸铝纤维棉。这样既保证隔热层通气,又保证纤维丝不会被气流抽走。隔热试验是在阀体内腔放置电阻丝加热器,插入温度升至900℃,再过1h后,若阀体表面温度始终没有超高75℃,试验结果为合格。

 

图1 高压超高温液控截止阀(热阀)

图2 热阀的热态密封试验

03 试验过程

油缸压力与介质压力、温度的匹配关系试验比较复杂,具体试验程序按技术要求实施。

(1)首先将阀门处于半关状态,启动液压站,接通电加热器电源,同时用冷空气对阀杆、阀芯及阀座的冷却管送气。当热电偶显示温度为505℃时,关闭阀门,开启气瓶调节阀和深层控制阀,内腔加压采用高压氮气瓶作为压力源,通过气瓶调节阀和深层控制阀来保证阀门进口端的工作压力。当阀门密封面出现泄漏时,泄漏的气体会通过出口端的针形阀进入蒸馏水瓶,产生气泡,泄漏量通过流量计进行计量。当压力表显示压力为1MPa时,操作电磁阀,使控制热阀阀杆的油缸进油,调节油缸压力由小逐渐加大,将阀门密封。观察蒸馏水瓶,如果无气泡,则证明阀门已密封。记录此时的油缸工作压力。用该压力连续试验3次,且效果很接近,该数值列为正式试验数值。

(2)第2次试验是保持阀体内温度不变,增加阀体进口端内腔试验压力到2MPa,这时阀体密封面就会泄漏(蒸馏水瓶有气泡),慢慢增大油缸工作压力,直到无气泡为止。重复3次,记录此时的油缸工作压力。

(3)按照上述方法,阀体进口端内腔压力依次为4MPa、6MPa、8MPa、10MPa、12MPa,每次调节减压阀压力后,记录其油缸工作压力。

(4)根据不同的温度,依次调节油缸工作压力,直至完成35次不同的温度和压力试验,得出35个油缸工作压力记录,完成该项试验。

(5)表1为一组试验数据,其中阀门的工作压力分为1MPa、2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、10MPa、12MPa共7个压力级,阀门的工作温度分别为505℃、611℃、715℃、809℃、900℃共5个温度等级,互相对应组合,共做35次试验。根据测试数据结果,可以计算得出STL硬质合金在高温下的许用密封比压。阀门实际应用时,在保证密封性能的前提下,阀门的驱动机构上能施加合理的驱动力,提高阀门的使用寿命。该项试验结果得到工况系统使用的有效验证。

04 结 语

高压超高温液控截止阀的研制和试验是一项复杂的系统工程,在结构、选材、隔热保温、冷却系统和液压自动控制系统等方面创新点突出,为用户提供了可靠的操作依据。

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