小口径超临界全锻造闸阀的设计研究

郭俊波+张晶

摘要：文章论述了小口径超临界全锻造闸阀设计过程中注意的设计要素，分析了整体锻造阀体的结构特点、工作原理及性能，讨论小口径超临界锻造闸阀设计中面临的困难以及解决方法、阀门的计算内容及主要零部件的材料。

关键词：超临界全锻造闸阀；电站阀门；旁通阀；设计计算

中图分类号：TH134 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0017-02

1概述

随着小型锅炉火力发电站高能耗，效率低下，环境污染严重，而作为火力发电的主要原料煤炭开发的日益枯竭，目前就国家政策而言，国内已经停止批复<600 MW机组火力发电站的建设。而600 MW超临界机组主蒸汽压力已经达到24.2 MPa、温度538 ℃/566 ℃，1 000 MW超超临界机组主蒸汽压力已经达到31 MPa、温度593 ℃，主给水系统压力相应的也会更高。随着高参数，大机组及超临界、超超临界火电机组的大量投产运行，对发电机组的性能要求越来越高，由于闸阀具有使用温度高、承压高、口径大、密封可靠、可双向密封等优点，在火力机组中得到广泛的应用，来控制高温高压汽水介质的有效启闭。

2工作原理及结构特点

闸阀作为隔断类阀门的一种，用来接通或截断管路中的介质。其结构特点有流体阻力小、启闭力矩小、结构长度较短、密封性能好等，但其密封面也易损伤、启闭时间长、结构较为复杂。全锻造小口径闸阀也面临高温高压介质使中腔憋压，启闭困难和中腔尺寸小，无法焊接导向筋等困难。下面就如何设计此阀门的一些细节给出一点意见。

小口径超临界全锻造闸阀（如图1所示）是由阀体、阀座、阀瓣、阀杆、均压环、四分环、填料室、立柱、连接法兰、电装等组成。锻造闸阀阀体是由毛坯钢锭整体锻造成型，阀门内部主要零部件如阀杆、填料室、阀瓣、阀座、均压环等也均采用锻件。锻件毛坯均按照常规锻造工艺，在锻压设备上采取自由锤锻，使得锻件的外形接近于我们所需的零件外形。其中锻造阀体为大型锻件，锻造程序相对复杂，锻造设备的要求也更为苛刻，但整体锻造工艺避免了铸钢件阀体铸造时存在的缩孔、夹渣和疏松等固有缺陷，以保证整体系统的安全。

阀体结构为直流型，全锻造阀体的加工量大，给生产周期带来一定的局限性，但阀体加工难度主要是存在于阀体导向筋的加工，由于阀体中腔尺寸的限制，无法在阀体中腔焊接导向筋，所以阀体采用凹导向筋，直接在阀体上加工（如图2所示），这样会对加工设备和操作工人有一定的要求。

在介质流入支管与阀门中腔之间增配平衡阀，可防止高温高压介质在阀门开启时形成中腔憋压，在一定程度上也减轻了阀门对电装启闭力矩的要求。当需要开启闸阀时，先打开平衡阀，使介质通过平衡阀流入阀体中腔，使支管与中腔的压力保持一致，避免中腔因压强增大阻碍阀门的开启，同时密封面在大压差下，其磨损和擦伤也会加剧，先开平衡阀再开主阀减少了密封面的磨损，延长阀门使用寿命。阀体与连接法兰间采用立柱连接，拆卸方便简捷。超临界全锻造闸阀介质的温度和压力都比较高，对阀杆密封填料的要求也较其他参数阀门较严格，密封填料采用上、下盘根与柔性石墨组合使用，确保密封效果。中腔采用压力自紧式密封结构，介质压力越大阀门的密封性能越好。阀瓣的设计有弹性阀瓣、楔式阀瓣和平行式阀瓣，我们这里采用的是楔式双阀瓣，此阀瓣对楔角的加工精度要求低，容易密封，温度变化不易造成擦伤，且随着密封面的磨损阀瓣具有一定的自我补偿功能，延长阀门使用寿命，密封面磨损后维修也较为方便。阀座也采用锻造来制造，阀座与阀瓣的密封面间均对焊硬质合金材料，保障密封性能好的同时也尽量延长阀门的使用寿命。

3设计参数及主要材料

该超临界闸阀的参数为：工作温度T：369 ℃，工作压力P：31.3 MPa，公称通径DN：150，配管：Φ219×35。阀门主要用在过热器二级减温水总管道上，作切断介质用。

主要零件材质见表1。

4设计计算包含的内容

本阀门设计标准采用ASME B16.34 SPL《法兰、螺纹和焊连接的阀门》。主要设计计算包含以下内容：

①阀体的厚度；②密封面上的总作用力及比压；③阀杆强度计算；④阀杆稳定性；⑤阀座和阀瓣强度计算；⑥填料室强度计算；⑦阀体顶部边缘应力计算；⑧四分环强度校核计算；⑨阀瓣导向筋抗剪力校核计算；⑩阀门总扭矩计算；11阀杆螺母螺纹强度校核；12立柱连接螺栓强度校核计算；13填料压盖和压板的强度校核计算。

5结语

此小口径超临界全锻造闸阀为600 MW机组产品。目前，国内开发设计的闸阀大多数均为铸造结构。由于目前国内阀门铸造水平落后，铸造缺陷多、质量差，造成阀体焊补量大，甚至有些缺陷在运行工程中逐渐暴露，对机组的水压试验和安全运行带来严峻的考验。采用全锻造结构的闸阀，可以避免铸造缺陷带来的质量问题，也是高参数及高性能机组闸阀的发展趋势。虽然锻造结构的闸阀价格相对铸造阀门昂贵，但是，锻造阀门对于机组的安全运行提供有力保障，而且节省了焊补、维修等费用，一劳永逸。

参考文献：

[1] 陆培文.阀门设计入门与精通[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 王训钜.阀门使用维修手册[M].北京:中国石化出版社,1998.

[3] ANSI/ASME B16.34-2004,法兰、螺纹和焊接连接的阀门[S].

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摘要：文章论述了小口径超临界全锻造闸阀设计过程中注意的设计要素，分析了整体锻造阀体的结构特点、工作原理及性能，讨论小口径超临界锻造闸阀设计中面临的困难以及解决方法、阀门的计算内容及主要零部件的材料。

关键词：超临界全锻造闸阀；电站阀门；旁通阀；设计计算

中图分类号：TH134 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0017-02

1概述

随着小型锅炉火力发电站高能耗，效率低下，环境污染严重，而作为火力发电的主要原料煤炭开发的日益枯竭，目前就国家政策而言，国内已经停止批复<600 MW机组火力发电站的建设。而600 MW超临界机组主蒸汽压力已经达到24.2 MPa、温度538 ℃/566 ℃，1 000 MW超超临界机组主蒸汽压力已经达到31 MPa、温度593 ℃，主给水系统压力相应的也会更高。随着高参数，大机组及超临界、超超临界火电机组的大量投产运行，对发电机组的性能要求越来越高，由于闸阀具有使用温度高、承压高、口径大、密封可靠、可双向密封等优点，在火力机组中得到广泛的应用，来控制高温高压汽水介质的有效启闭。

2工作原理及结构特点

闸阀作为隔断类阀门的一种，用来接通或截断管路中的介质。其结构特点有流体阻力小、启闭力矩小、结构长度较短、密封性能好等，但其密封面也易损伤、启闭时间长、结构较为复杂。全锻造小口径闸阀也面临高温高压介质使中腔憋压，启闭困难和中腔尺寸小，无法焊接导向筋等困难。下面就如何设计此阀门的一些细节给出一点意见。

小口径超临界全锻造闸阀（如图1所示）是由阀体、阀座、阀瓣、阀杆、均压环、四分环、填料室、立柱、连接法兰、电装等组成。锻造闸阀阀体是由毛坯钢锭整体锻造成型，阀门内部主要零部件如阀杆、填料室、阀瓣、阀座、均压环等也均采用锻件。锻件毛坯均按照常规锻造工艺，在锻压设备上采取自由锤锻，使得锻件的外形接近于我们所需的零件外形。其中锻造阀体为大型锻件，锻造程序相对复杂，锻造设备的要求也更为苛刻，但整体锻造工艺避免了铸钢件阀体铸造时存在的缩孔、夹渣和疏松等固有缺陷，以保证整体系统的安全。

阀体结构为直流型，全锻造阀体的加工量大，给生产周期带来一定的局限性，但阀体加工难度主要是存在于阀体导向筋的加工，由于阀体中腔尺寸的限制，无法在阀体中腔焊接导向筋，所以阀体采用凹导向筋，直接在阀体上加工（如图2所示），这样会对加工设备和操作工人有一定的要求。

在介质流入支管与阀门中腔之间增配平衡阀，可防止高温高压介质在阀门开启时形成中腔憋压，在一定程度上也减轻了阀门对电装启闭力矩的要求。当需要开启闸阀时，先打开平衡阀，使介质通过平衡阀流入阀体中腔，使支管与中腔的压力保持一致，避免中腔因压强增大阻碍阀门的开启，同时密封面在大压差下，其磨损和擦伤也会加剧，先开平衡阀再开主阀减少了密封面的磨损，延长阀门使用寿命。阀体与连接法兰间采用立柱连接，拆卸方便简捷。超临界全锻造闸阀介质的温度和压力都比较高，对阀杆密封填料的要求也较其他参数阀门较严格，密封填料采用上、下盘根与柔性石墨组合使用，确保密封效果。中腔采用压力自紧式密封结构，介质压力越大阀门的密封性能越好。阀瓣的设计有弹性阀瓣、楔式阀瓣和平行式阀瓣，我们这里采用的是楔式双阀瓣，此阀瓣对楔角的加工精度要求低，容易密封，温度变化不易造成擦伤，且随着密封面的磨损阀瓣具有一定的自我补偿功能，延长阀门使用寿命，密封面磨损后维修也较为方便。阀座也采用锻造来制造，阀座与阀瓣的密封面间均对焊硬质合金材料，保障密封性能好的同时也尽量延长阀门的使用寿命。

3设计参数及主要材料

该超临界闸阀的参数为：工作温度T：369 ℃，工作压力P：31.3 MPa，公称通径DN：150，配管：Φ219×35。阀门主要用在过热器二级减温水总管道上，作切断介质用。

主要零件材质见表1。

4设计计算包含的内容

本阀门设计标准采用ASME B16.34 SPL《法兰、螺纹和焊连接的阀门》。主要设计计算包含以下内容：

①阀体的厚度；②密封面上的总作用力及比压；③阀杆强度计算；④阀杆稳定性；⑤阀座和阀瓣强度计算；⑥填料室强度计算；⑦阀体顶部边缘应力计算；⑧四分环强度校核计算；⑨阀瓣导向筋抗剪力校核计算；⑩阀门总扭矩计算；11阀杆螺母螺纹强度校核；12立柱连接螺栓强度校核计算；13填料压盖和压板的强度校核计算。

5结语

此小口径超临界全锻造闸阀为600 MW机组产品。目前，国内开发设计的闸阀大多数均为铸造结构。由于目前国内阀门铸造水平落后，铸造缺陷多、质量差，造成阀体焊补量大，甚至有些缺陷在运行工程中逐渐暴露，对机组的水压试验和安全运行带来严峻的考验。采用全锻造结构的闸阀，可以避免铸造缺陷带来的质量问题，也是高参数及高性能机组闸阀的发展趋势。虽然锻造结构的闸阀价格相对铸造阀门昂贵，但是，锻造阀门对于机组的安全运行提供有力保障，而且节省了焊补、维修等费用，一劳永逸。

参考文献：

[1] 陆培文.阀门设计入门与精通[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 王训钜.阀门使用维修手册[M].北京:中国石化出版社,1998.

[3] ANSI/ASME B16.34-2004,法兰、螺纹和焊接连接的阀门[S].

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摘要：文章论述了小口径超临界全锻造闸阀设计过程中注意的设计要素，分析了整体锻造阀体的结构特点、工作原理及性能，讨论小口径超临界锻造闸阀设计中面临的困难以及解决方法、阀门的计算内容及主要零部件的材料。

关键词：超临界全锻造闸阀；电站阀门；旁通阀；设计计算

中图分类号：TH134 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0017-02

1概述

随着小型锅炉火力发电站高能耗，效率低下，环境污染严重，而作为火力发电的主要原料煤炭开发的日益枯竭，目前就国家政策而言，国内已经停止批复<600 MW机组火力发电站的建设。而600 MW超临界机组主蒸汽压力已经达到24.2 MPa、温度538 ℃/566 ℃，1 000 MW超超临界机组主蒸汽压力已经达到31 MPa、温度593 ℃，主给水系统压力相应的也会更高。随着高参数，大机组及超临界、超超临界火电机组的大量投产运行，对发电机组的性能要求越来越高，由于闸阀具有使用温度高、承压高、口径大、密封可靠、可双向密封等优点，在火力机组中得到广泛的应用，来控制高温高压汽水介质的有效启闭。

2工作原理及结构特点

闸阀作为隔断类阀门的一种，用来接通或截断管路中的介质。其结构特点有流体阻力小、启闭力矩小、结构长度较短、密封性能好等，但其密封面也易损伤、启闭时间长、结构较为复杂。全锻造小口径闸阀也面临高温高压介质使中腔憋压，启闭困难和中腔尺寸小，无法焊接导向筋等困难。下面就如何设计此阀门的一些细节给出一点意见。

小口径超临界全锻造闸阀（如图1所示）是由阀体、阀座、阀瓣、阀杆、均压环、四分环、填料室、立柱、连接法兰、电装等组成。锻造闸阀阀体是由毛坯钢锭整体锻造成型，阀门内部主要零部件如阀杆、填料室、阀瓣、阀座、均压环等也均采用锻件。锻件毛坯均按照常规锻造工艺，在锻压设备上采取自由锤锻，使得锻件的外形接近于我们所需的零件外形。其中锻造阀体为大型锻件，锻造程序相对复杂，锻造设备的要求也更为苛刻，但整体锻造工艺避免了铸钢件阀体铸造时存在的缩孔、夹渣和疏松等固有缺陷，以保证整体系统的安全。

阀体结构为直流型，全锻造阀体的加工量大，给生产周期带来一定的局限性，但阀体加工难度主要是存在于阀体导向筋的加工，由于阀体中腔尺寸的限制，无法在阀体中腔焊接导向筋，所以阀体采用凹导向筋，直接在阀体上加工（如图2所示），这样会对加工设备和操作工人有一定的要求。

在介质流入支管与阀门中腔之间增配平衡阀，可防止高温高压介质在阀门开启时形成中腔憋压，在一定程度上也减轻了阀门对电装启闭力矩的要求。当需要开启闸阀时，先打开平衡阀，使介质通过平衡阀流入阀体中腔，使支管与中腔的压力保持一致，避免中腔因压强增大阻碍阀门的开启，同时密封面在大压差下，其磨损和擦伤也会加剧，先开平衡阀再开主阀减少了密封面的磨损，延长阀门使用寿命。阀体与连接法兰间采用立柱连接，拆卸方便简捷。超临界全锻造闸阀介质的温度和压力都比较高，对阀杆密封填料的要求也较其他参数阀门较严格，密封填料采用上、下盘根与柔性石墨组合使用，确保密封效果。中腔采用压力自紧式密封结构，介质压力越大阀门的密封性能越好。阀瓣的设计有弹性阀瓣、楔式阀瓣和平行式阀瓣，我们这里采用的是楔式双阀瓣，此阀瓣对楔角的加工精度要求低，容易密封，温度变化不易造成擦伤，且随着密封面的磨损阀瓣具有一定的自我补偿功能，延长阀门使用寿命，密封面磨损后维修也较为方便。阀座也采用锻造来制造，阀座与阀瓣的密封面间均对焊硬质合金材料，保障密封性能好的同时也尽量延长阀门的使用寿命。

3设计参数及主要材料

该超临界闸阀的参数为：工作温度T：369 ℃，工作压力P：31.3 MPa，公称通径DN：150，配管：Φ219×35。阀门主要用在过热器二级减温水总管道上，作切断介质用。

主要零件材质见表1。

4设计计算包含的内容

本阀门设计标准采用ASME B16.34 SPL《法兰、螺纹和焊连接的阀门》。主要设计计算包含以下内容：

①阀体的厚度；②密封面上的总作用力及比压；③阀杆强度计算；④阀杆稳定性；⑤阀座和阀瓣强度计算；⑥填料室强度计算；⑦阀体顶部边缘应力计算；⑧四分环强度校核计算；⑨阀瓣导向筋抗剪力校核计算；⑩阀门总扭矩计算；11阀杆螺母螺纹强度校核；12立柱连接螺栓强度校核计算；13填料压盖和压板的强度校核计算。

5结语

此小口径超临界全锻造闸阀为600 MW机组产品。目前，国内开发设计的闸阀大多数均为铸造结构。由于目前国内阀门铸造水平落后，铸造缺陷多、质量差，造成阀体焊补量大，甚至有些缺陷在运行工程中逐渐暴露，对机组的水压试验和安全运行带来严峻的考验。采用全锻造结构的闸阀，可以避免铸造缺陷带来的质量问题，也是高参数及高性能机组闸阀的发展趋势。虽然锻造结构的闸阀价格相对铸造阀门昂贵，但是，锻造阀门对于机组的安全运行提供有力保障，而且节省了焊补、维修等费用，一劳永逸。

参考文献：

[1] 陆培文.阀门设计入门与精通[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 王训钜.阀门使用维修手册[M].北京:中国石化出版社,1998.

[3] ANSI/ASME B16.34-2004,法兰、螺纹和焊接连接的阀门[S].

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