BURKERT電磁閥在嚴(yán)苛工況下設(shè)計的注意事項

　　BURKERT電磁閥在嚴(yán)苛工況下設(shè)計的注意事項

　　BURKERT電磁閥是過程控制工業(yè)里的終端控制元件，控制閥調(diào)節(jié)流動的流體，以補(bǔ)償負(fù)載擾動并使得被控制的過程盡可能地靠近需要的設(shè)定點，基于其在工業(yè)自動化領(lǐng)域里的重要性，使得控制閥的設(shè)計及制造尤為重要，特別是某些嚴(yán)苛的工況，如溫、壓差、流速、氣蝕等，筆者將從材料、結(jié)構(gòu)、制造等方面加以論述。

　　一、閥門材料的選擇

　　1、金屬材料

　　材料是至關(guān)重要的因素，如材料的性能、蠕變、熱膨脹率、抗氧化性、耐磨性、熱擦傷性及熱處理溫度等，這些是首先應(yīng)注意的事項。sypv在溫（427°C）狀況下，蠕變和斷裂是材料破壞的主要因素，特別是碳素鋼，當(dāng)長期暴露在427°C以上時，鋼中的碳化相可能轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，而對于奧氏體不銹鋼只有當(dāng)含碳量超過0.4%時，才可以用于528°C以上。因此，在溫下使用時，應(yīng)分別計算閥體材料的抗拉強(qiáng)度、蠕變、溫時效等參數(shù)。而對于閥內(nèi)件的設(shè)計，還應(yīng)該附加考慮材料在溫的硬度、配合部件的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)向部件的熱硬度差、彈性變形、塑性變形等。在設(shè)計中，應(yīng)給予相應(yīng)的安全系數(shù)和可靠系數(shù)，以確保避免在多因素下所產(chǎn)生的破壞。并要熟悉溫下材料的蠕變率，以選取合適的應(yīng)力，使材料總的蠕變在正常使用壽命范圍內(nèi)不擴(kuò)展至斷裂或允許其產(chǎn)生微變形而不影響導(dǎo)向零件的正常使用。

　　為避免閥內(nèi)件（閥芯、閥座）表面的磨損、沖蝕及氣蝕，溫情況下要考慮材料的熱硬度，防止金屬硬度變化。在壓差下，流體的大部分能量集中于閥內(nèi)件進(jìn)行釋放，對閥門內(nèi)件有超負(fù)載的可能，而溫下，大部分材料的機(jī)械性能變差，材料變軟，大大影響了閥內(nèi)件的使用壽命。因此，應(yīng)正確選擇合適的材料，延長閥門的使用壽命。另外，還要考慮溫時效對材料物理性能的影響，如韌性和晶間腐蝕的變化。當(dāng)使用溫度達(dá)到或超過熱處理溫度時，閥內(nèi)件會產(chǎn)生退火，硬度降低等問題，為防止材料硬度發(fā)生變化，溫度極限的選擇必須在一個安全的范圍內(nèi)。而相同的介質(zhì)，在溫狀況下，其分子的活動性相對活躍，某些具有一般腐蝕性的介質(zhì)可能對閥體及閥內(nèi)件金屬材質(zhì)帶來嚴(yán)重的腐蝕破壞，介質(zhì)以速的離子狀態(tài)滲入金屬內(nèi)部，使材料的特性發(fā)生改變，如熱膨脹性、晶間腐蝕等，因此，對材料的選擇，除了性價比之外，還應(yīng)考慮多因素下所產(chǎn)生的失效性。

　　壓差、流速情況下，即使溫度是常溫，也應(yīng)評估材料的特性，使材料可以滿足該工況。一般來說，常溫下，當(dāng)壓差超過15bar時，應(yīng)將閥芯、閥座的材料由316SS調(diào)整為司太萊合金堆焊或更要求的合金，對于弱腐蝕性的介質(zhì)，可選用420QT（淬火+回火）、440QT等。

　　壓差、流速會帶來嚴(yán)重的沖蝕或氣蝕，這對閥內(nèi)件材料的傷害非常大，因此，對閥體及閥內(nèi)件的材料要求非常，對于閥籠應(yīng)考慮使用不銹鋼表面滲氮（HRC70）處理，使之具有較強(qiáng)的耐沖蝕性，提閥門流量的和使用壽命。

　　溫下材料的抗氧化能力，也是一個非常重要的參數(shù)。在溫度循環(huán)變化中，所選用的材料應(yīng)避免發(fā)生材料表面重復(fù)氧化，產(chǎn)生氧化皮等問題。一般情況下，奧氏體不銹鋼系、硬質(zhì)合金系及特種合金系的材料有較的溫穩(wěn)定性，可根據(jù)不同的溫工況選用合適的材料。

　　2、非金屬材料

　　一般的非金屬材料無法承受溫（300°C以上），但柔性石墨可以承受700°C以上的溫，因此溫工況下，無論是靜密封還是動密封，一般可以選取柔性石墨或復(fù)合材料，但應(yīng)注意摩擦系數(shù)會增大。

　　二、閥門零部件的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱系數(shù)的選擇

　　溫壓差閥門設(shè)計中，必須仔細(xì)考慮不同零部件的熱膨脹對閥內(nèi)件動作的影響。當(dāng)溫介質(zhì)流過閥門時，由于閥體的線膨脹系數(shù)往往小于閥座的線膨脹系數(shù)，所以閥體限制了閥座的徑向膨脹，閥座只能向內(nèi)徑膨脹，使得在溫下，閥芯與閥座的工作間隙小于常溫下標(biāo)準(zhǔn)閥門設(shè)計的間隙，造成閥內(nèi)件卡死。閥芯與導(dǎo)向套也會產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象。 因此，閥門在溫下使用時，常溫下標(biāo)準(zhǔn)閥門的設(shè)計間隙（包括閥芯、閥座間；導(dǎo)向套、閥桿間）應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加，這樣使其在溫下工作也不會發(fā)生卡死現(xiàn)象。因此間隙的設(shè)計顯得非常重要，因材料，尺寸及溫度差等參數(shù)的確認(rèn)對設(shè)計人員非常重要，目前，可從《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范 Ⅱ材料  D篇 性能》中得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

　　對泄漏量要求較的場合下閥體和閥座盡量采用相同的合金鋼制造，并采用單座或籠式結(jié)構(gòu)，盡量避免采用雙座閥結(jié)構(gòu)，還要在密封面進(jìn)行硬化處理，以免溫下閥門泄露量大幅度增加。另外還應(yīng)考慮閥體、閥蓋及連接件承受由于溫帶來的附加載荷造成的破壞。

　　溫度的循環(huán)變化會使閥座和導(dǎo)向套松動，因此必須采用密封焊和搭接焊來防松或壓緊結(jié)構(gòu)。閥座墊片的密封是在密封力大于墊片的屈服極限才能夠獲得，而在溫、壓及熱循環(huán)工況下，密封材料發(fā)生蠕變而產(chǎn)生滲漏，可采用整體閥座，由閥體上直接制成閥座并使之硬化。對于大口徑閥門，可在閥體上焊接閥座，去除墊片來避免不必要的泄漏。根據(jù)介質(zhì)的溫度低，還要考慮填料函中填料可承受的溫度及執(zhí)行機(jī)構(gòu)可承受的溫度。

　　填料函結(jié)構(gòu)和使用溫度之間的關(guān)系：