高压超高温快速换向阀的传动系统

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1、高压超高温快速换向阀的传动系统李保升，吴尖斌，邵程达（浙江石化阀门有限公司，温州325024）高压超高温快速换向阀的传动系统李保升，吴尖斌，邵程达（浙江石化阀门有限公司，温州325024）摘要：介绍了一种高压超高温快速换向阀的传动系统的原理、结构及在启闭状态下的力的计算，详细分析了减振储能系统的特殊功能。关键词：超高温；快速换向阀；“三高”介质；三层两体式阀芯；保护层；隔热层；四层三体式阀杆；温差梯度；应变梯度；等效应力；减振储能弹簧；阻尼油缸。6/29/20212高压超高温快速换向阀的传动系统1.概述高压超高温快速换向阀是空气动力装置（风洞）上用的特殊阀

2、门，阀门的最高工作温度900℃，最高工作压力12MPa，公称通径DN200，换向时间≤2秒。国、内外首创（图1）.技术要求如下：（1）阀芯换向平稳，对阀座无明显撞击现象，换向时间≤2秒；（2）高温气流流经换向阀的热量损失要小，进出口气流温差≤1℃；（3）阀门壳体的外表温度≤110℃；6/29/20213高压超高温快速换向阀的传动系统（4）阀门的使用寿命，在高温下开关5000次以上；（5）在最高工作压力12MPa和最低工作压力0.3MPa时，阀门均能密封；（6）对阀体、阀芯、阀座、阀杆等主要零件，用有限元进行应力和温度的分析计算；本阀门经过一年半的设计和试制，

3、并请清华大学和天津大学应用有限元对主要零件进行分析计算。产品于2004年底进行验收。6/29/20214高压超高温快速换向阀的传动系统1—阀底座2—下阀座3—阀芯总成4—阀体5—隔热衬里6—上阀座7—隔热套管8—阀杆总成9—阀盖10—支架11—气动传动总成12—手动传动总成图1总装图6/29/20215高压超高温快速换向阀的传动系统2.传动系统的结构本阀门的传动链是：气动执行机构→阀杆→阀芯。气缸内活塞的上下运动，通过阀杆，带动阀芯上下运动，分别和上下阀座密封，实现流道的换向。2.1阀芯的结构阀芯是处于三高（高温、高压、高速）介质的流体中，工作环境恶劣，设计

4、成三层两体式结构（见图2）。最外层和上、下护板为保护层，采用钴基硬质合金；第二层为隔热层，6/29/20216高压超高温快速换向阀的传动系统选用硅酸铝纤维布；最里面为阀芯主体，选用高温合金钢GH3128。阀芯外面有两个球形密封面，堆焊Co119，分别和上、下阀座密封面形成密封。阀芯内部上、下各有一个凹球面，分别和阀杆头部的两个凸球面接触，以提高其浮动性。6/29/20217高压超高温快速换向阀的传动系统图2三层两体式阀芯结构1—下护板2—下隔热层3—阀芯下部4—外圆防护套5—阀杆头部6—阀芯上部7—上阀芯密封球面8—上护板9—冷却气管10—上隔热层11—上阀

5、芯内球面12—圆周隔热层13—下阀芯内球面14—下阀芯密封球面6/29/20218高压超高温快速换向阀的传动系统2.2阀杆的结构阀杆既承受“三高”介质的冲刷，又要承受传动系统的拉力和压力，是本阀门关键的受力件。为了提高阀杆的强度，必须降低阀杆主体的工作温度。本阀杆设计成四层三体式结构（见图3），三体是指上阀杆、下阀杆和阀杆头部。所谓四层，是指下阀杆的内外由四层组成，最外层是保护套，一端与阀杆头部焊接，另一端浮动，不会产生热变形应力，保护套的外表面堆6/29/20219高压超高温快速换向阀的传动系统焊钴基硬质合金。第二层为隔热层，可减少保护套对阀杆主体的热传导

6、和热辐射。第三层为阀杆主体，选用4Cr14Ni14W2Mo高强耐热钢。第四层为冷却管，冷却空气从管内进入，流经阀杆头部，再从阀杆主体的内孔，即冷却管的外壁排出。该结构通过有限元分析，阀杆主体的外壁温度538℃，等效应力287MPa，内壁温度375℃，等效应力166MPa，温差梯度和应变梯度都在材料的许用范围内。6/29/202110高压超高温快速换向阀的传动系统1-阀杆头部2-阀杆保护套3-阀杆隔热层4-阀杆主体5-冷却管6-下阀杆顶盖7-下螺母8-锁紧螺母9-对开圆环10-上螺母11-上阀杆12-进气口13-出气口14-上接触球面15-阀芯上部16-下接触

7、球面17-阀芯下部图3四层三体式阀杆结构6/29/202111高压超高温快速换向阀的传动系统2.3气动控制系统的结构阀门的气动控制系统包括气缸、活塞、减振储能机构气控元件等（详见图4）。气缸设计成单缸双作用气缸，气源压力1.0MPa。气缸的上、下座分别固定58根减振储能弹簧，弹簧分长、中、短三组，分级减振阻尼。气缸内径630mm，用两只德国FESTO公司的3/4“大电磁阀向气缸供气。在气控管路上，还安装两只韩国宇策公司的快速排气阀，可降低活塞背压，使活塞移动速度达到设计要求。在气缸座的上、下端分别安装8只液动阻尼油缸，阻尼效果可由操作者控制调节阀。6/29/

8、202112高压超高温快速换向阀的传动系统9—上阀杆