燃?xì)廨啓C(jī)用燃料控制閥密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

2013-07-11 黃瑞江南閥門有限公司

　　介紹了燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組用燃料控制閥的使用條件和工況要求。論述了該閥密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、材料選用和產(chǎn)品試驗(yàn)過程。

1、概述

　　燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠的整體循環(huán)效率高，對環(huán)境污染極小，在同等條件下具有投資較低，調(diào)峰性能好，啟�？旖荩嫉孛娣e少和耗水量低等優(yōu)點(diǎn)。近年來，燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)技術(shù)獲得了快速的發(fā)展。燃料控制閥設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)的燃料噴嘴前，用于控制燃機(jī)的速度和啟停，閥門的密封性能要求很高由燃廠配套進(jìn)口。在使用過程中，針對該閥門出現(xiàn)開關(guān)幾十次后球體與閥座表面擦傷泄漏需要更換和壽命短等問題，對閥門的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和改進(jìn)。

2、技術(shù)指標(biāo)

　　公稱壓力Class 300；公稱通徑NPS 8；使用溫度185℃；緊急切斷時間< 0.5s；泄漏量ASME B16.104 VI 級。

3、結(jié)構(gòu)及材料

　　燃料控制閥采用V 形開口半球閥結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)品試制過程中先后采用了硬密封和軟密封兩種結(jié)構(gòu)形式。

3.1、硬密封結(jié)構(gòu)

　　該結(jié)構(gòu)基本上與配套進(jìn)口的V 形球閥一致( 圖1) ，閥座密封面堆焊硬質(zhì)合金，球體采用不銹鋼噴焊Ni60 硬質(zhì)合金，球體與閥座精加工后再經(jīng)過配研。在常溫下測試，閥座泄漏量達(dá)不到ASME B16.104 VI 級標(biāo)準(zhǔn)要求。分析認(rèn)為，金屬硬密封結(jié)構(gòu)的V 形球閥，由于受結(jié)構(gòu)限制，很難達(dá)到VI 級泄漏要求。另外，采用該結(jié)構(gòu)同樣出現(xiàn)配套進(jìn)口閥門出現(xiàn)的球體與閥座表面擦傷及壽命短的問題。

1. 閥體　2. O 形圈　3. 壓圈　4. 閥座彈簧　5. 金屬閥座　6. 球體

圖1 硬密封結(jié)構(gòu)

3.2、軟密封結(jié)構(gòu)

　　由于燃料控制閥控制介質(zhì)為185℃，壓力約為3.5MPa 的天然氣，根據(jù)閥門使用工況，采用軟密封結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠滿足使用要求( 圖2) 。軟密封結(jié)構(gòu)關(guān)鍵在于材料的選擇上，既能滿足溫度和使用壓力要求，還能滿足泄漏量與壽命要求。最初，選擇8000PHB塑料合金作為閥座軟密封環(huán)，閥門在常溫下檢測各項(xiàng)性能，都能達(dá)到指標(biāo)，閥座泄漏量達(dá)到0 泄漏。在185℃熱態(tài)下試驗(yàn)，檢驗(yàn)泄漏量，剛開始沒出現(xiàn)什么問題，但在閥門開關(guān)100 多次后，泄漏量明顯增加，而且越來越大。后經(jīng)聯(lián)合真空技術(shù)網(wǎng)(www.13house.cn)的工作人員拆卸檢查閥座，發(fā)現(xiàn)軟密封環(huán)已經(jīng)變形并被球體的V 形口剪切撕裂，證明該材料在185℃ 左右時，已經(jīng)軟化，故滿足不了使用要求( 圖3) 。

1. 閥體　2. O 形圈　3. 軟密封環(huán)　4. 壓圈　5. 閥座彈簧　6. 金屬閥座環(huán)　7. 球體

圖2 軟密封結(jié)構(gòu)

圖3 鑲嵌8000PHB 塑料合金閥座

　　經(jīng)過分析，采用PEEK( 聚醚醚酮) 材料做閥座密封環(huán)，將其精加工后鑲嵌在金屬閥座環(huán)中，在車床上采用滾壓收緊金屬閥座環(huán)的預(yù)留包邊，使軟閥座被牢固可靠的固定在金屬閥座環(huán)中，然后再整體加工出密封面，并與球體配研( 表1) 。

表1 PEEK 材料性能表

　　經(jīng)冷態(tài)和熱態(tài)試驗(yàn)證明，PEEK 作為閥座密封材料，加上獨(dú)特的旋壓包緊工藝可保證軟閥座不會出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，完全可以滿足閥門的使用要求( 圖4) 。

圖4 鑲嵌PEEK 的金屬閥座

4、試驗(yàn)

4.1、高溫試驗(yàn)

　　采用電加熱設(shè)備，閥前通入0.5 ～ 0.6MPa 壓縮空氣，加熱溫度設(shè)定在185℃，由于溫度傳感器的滯后性，實(shí)際的溫度在175 ～ 198℃ 之間變化( 圖5) 。閥門開關(guān)頻率設(shè)定為約80s 開關(guān)一次，從試驗(yàn)開始到結(jié)束，閥門共開關(guān)1300 次。

圖5 熱態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置

　　經(jīng)過熱態(tài)試驗(yàn)完成后，將閥門解體，對閥座密封面檢測，密封面光滑，無軟化變形痕跡。結(jié)果證明改進(jìn)后的軟密封結(jié)構(gòu)是可行的，PEEK 材料作為閥座密封材料，在200℃下工作，不會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，密封安全可靠( 表2) 。

表2 鑲嵌PEEK 的金屬閥座的泄漏數(shù)據(jù)

4.2、流量試驗(yàn)

　　對燃料控制閥進(jìn)行了實(shí)物流量測試。由于結(jié)構(gòu)尺寸與原進(jìn)口閥發(fā)生較大變化，第1 次實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差比較大。經(jīng)過對V 形開口重新進(jìn)行計算、液體模擬分析和修整，修整后第2 次實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足工況使用要求。

　　表3 燃料控制閥流量測試比較