專利名稱：超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
閥門(mén)是管路附件，用來(lái)控制管路介質(zhì)的流動(dòng)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。閥門(mén)主要由閥體、閥蓋、閥桿、閥芯、閥座和操縱機(jī)構(gòu)(手輪、電動(dòng)裝置、氣動(dòng)裝置)等組成。閥桿是閥門(mén)的主要傳動(dòng)件，它把操縱機(jī)構(gòu)的推力或扭矩傳遞給閥芯等密封件，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉。閥桿是高溫區(qū)的運(yùn)動(dòng)件，表面受高速氣流的沖蝕，內(nèi)部受拉應(yīng)力，剪應(yīng)力、扭應(yīng)力、熱應(yīng)力等合成應(yīng)力的作用，所以閥桿是閥門(mén)各零件中最易損壞的零件之一。金屬材料的機(jī)械性能與工作溫度有很大關(guān)系，溫度高則強(qiáng)度低，例如耐熱鋼4Cr14Ni14W2Mo，在20℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度為720MPa，500℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度為620MPa，700℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度為345MPa。由此可見(jiàn)，如何降低工作閥桿的溫度，是設(shè)計(jì)超高溫高壓閥門(mén)閥桿的關(guān)鍵。以前通常采用內(nèi)水冷卻閥桿和夾層氣冷式閥桿兩種方案。內(nèi)水冷卻閥桿是將閥桿中間鉆一通孔，通孔的中間安裝一根冷卻水管，水管的外徑小于閥桿內(nèi)徑，循環(huán)冷卻水從水管上端的通孔循環(huán)進(jìn)入，這樣可以帶走閥桿的部分熱量，使閥桿的內(nèi)層溫度降低。采用這種方案設(shè)計(jì)和計(jì)算的結(jié)果顯示，閥桿內(nèi)外溫差過(guò)大，約為600℃，溫度梯度變化也大，通過(guò)有限元分析，熱應(yīng)力達(dá)到648.7MPa，閥桿很容易斷裂。夾層氣冷式閥桿，該閥桿由上閥桿、下閥桿、閥桿頭部、閥桿頂部、套管、密封套等零件組成。在下閥桿的外面加工出螺旋槽或迷宮槽，內(nèi)部鉆一通孔，再在下閥桿的外面套一層套管，讓冷卻氣流從下閥桿上端的進(jìn)氣口進(jìn)入，沿螺旋槽或迷宮槽下行，到下閥桿下端后，氣流由閥桿內(nèi)孔向上流動(dòng)到出氣口排出。這種設(shè)計(jì)方案既可降低閥桿溫度，又使閥桿內(nèi)外表面溫差不會(huì)太大，約為130℃，溫差應(yīng)力能滿足設(shè)計(jì)要求，但有三點(diǎn)不足第一是冷空氣帶走熱量較多，總的能量損失為191KW，900℃的工作介質(zhì)通過(guò)閥門(mén)后，溫度降低18℃。第二點(diǎn)不足是閥桿的溫度偏高，外壁約630℃，內(nèi)壁約500℃，在這個(gè)溫度區(qū)間，閥桿的強(qiáng)度要大大降低。第三點(diǎn)不足是下閥桿上端進(jìn)出氣口處的溫度仍較高，O型橡膠密封圈選材困難，且壽命不長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，這個(gè)方案也不太理想。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中普通超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)外溫差過(guò)大，閥桿的強(qiáng)度低，容易斷裂的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)，該超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊、閥桿的強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括活動(dòng)連接的上、下閥桿以及下閥桿端部固接的閥桿頭，下閥桿外設(shè)有保護(hù)套，保護(hù)套與下閥桿之間設(shè)置隔熱層，保護(hù)套的下端部與閥桿頭固接，上端部與下閥桿的上部外圓滑套配合，下閥桿的內(nèi)孔中裝設(shè)冷卻氣管，冷卻氣管與進(jìn)氣口相通，冷卻氣管與內(nèi)孔之間的夾縫與出氣口相通。
保護(hù)套的外圓表面設(shè)有防護(hù)層。
本發(fā)明通過(guò)上述具體設(shè)計(jì)，有效控制了閥桿主體的內(nèi)、外壁的溫度差，提高了閥桿的強(qiáng)度，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容。
附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，本發(fā)明包括活動(dòng)連接的上、下閥桿1、2以及下閥桿2端部固接的閥桿頭3，下閥桿2外設(shè)有保護(hù)套4，保護(hù)套4的外圓表面設(shè)有防護(hù)層11，保護(hù)套4與下閥桿2之間設(shè)置隔熱層5，保護(hù)套4的下端部與閥桿頭3固接，上端部與下閥桿2的上部外圓滑套配合，下閥桿2的內(nèi)孔6中裝設(shè)冷卻氣管7，冷卻氣管7與進(jìn)氣口8相通，冷卻氣管7與內(nèi)孔6之間的夾縫9與出氣口10相通。
本發(fā)明的關(guān)鍵是下閥桿2采用四層結(jié)構(gòu)，外面稱為保護(hù)套4，用耐高溫材料GH3128制造。該保護(hù)套4的下端與下閥桿2均與閥桿3焊接在一起，保護(hù)套4的上端與下閥桿2的上部外圓滑套配合，因?yàn)楸Ｗo(hù)套4的溫度高，受熱膨脹，軸向伸長(zhǎng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下閥桿2的伸長(zhǎng)量，所以上端不能焊牢。保護(hù)套4不承受軸向力，但要承受高壓介質(zhì)的徑向壓力，所以保護(hù)套4應(yīng)設(shè)計(jì)有一定的厚度，在超高溫高壓力作用下不會(huì)被壓扁變形。保護(hù)套4的外圓要隨下閥桿2上、下移動(dòng)，要與閥體的導(dǎo)向套發(fā)生摩擦，所以保護(hù)套4的外圓要堆焊厚度大于2mm的硬質(zhì)合金防護(hù)層11，或噴涂厚度大于2mm的陶瓷材料——氧化鋯。這樣處理的效果是既能防止導(dǎo)向配合處咬結(jié)拉毛，又能防止超高溫高壓高速氣流(3400米/秒)的沖蝕而損壞。第二層為隔熱層5，選用既耐高溫，隔熱效果又好的硅酸鋁纖維布或高硅氧玻璃纖維布，在下閥桿2和保護(hù)套4之間一層層裹緊填實(shí)。第三層為下閥桿2，承受外力和熱應(yīng)力，選用高溫強(qiáng)度高的材料。第四層為冷卻層。在下閥桿2的內(nèi)孔6中裝一冷卻氣管7，冷卻氣管7的外徑比內(nèi)孔6的內(nèi)徑小，冷卻氣流從閥桿的上端進(jìn)氣口8流入，到下閥桿2的下端后，沿氣管外壁和閥桿內(nèi)孔的夾縫9向上流動(dòng)，從上端出氣口10排出。這種方案通過(guò)有限元分析，閥桿主體的外壁溫度約為310℃，內(nèi)壁溫度約為200℃，溫差是110℃，能量損失約為55KW，900℃氣流通過(guò)閥門(mén)后，溫度降低約5℃，此方案被認(rèn)為是理想的方案。
權(quán)利要求
1.一種超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)，包括活動(dòng)連接的上、下閥桿以及下閥桿端部固接的閥桿頭，其特征是下閥桿(2)外設(shè)有保護(hù)套(4)，保護(hù)套(4)與下閥桿(2)之間設(shè)置隔熱層(5)，保護(hù)套(4)的下端部與閥桿頭(3)固接，上端部與下閥桿(2)的上部外圓滑套配合，下閥桿(2)的內(nèi)孔(6)中裝設(shè)冷卻氣管(7)，冷卻氣管(7)與進(jìn)氣口(8)相通，冷卻氣管(7)與內(nèi)孔(6)之間的夾縫(9)與出氣口(10)相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)，其特征是保護(hù)套(4)的外圓表面設(shè)有防護(hù)層(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)，包括活動(dòng)連接的上、下閥桿以及下閥桿端部固接的閥桿頭，下閥桿外設(shè)有保護(hù)套，保護(hù)套與下閥桿之間設(shè)置隔熱層，保護(hù)套的下端部與閥桿頭固接，上端部與下閥桿的上部外圓滑套配合，下閥桿的內(nèi)孔中裝設(shè)冷卻氣管，冷卻氣管與進(jìn)氣口相通，冷卻氣管與內(nèi)孔之間的夾縫與出氣口相通。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中普通超高溫高壓閥門(mén)的閥桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)外溫差過(guò)大，閥桿的強(qiáng)度低，容易斷裂的缺陷，通過(guò)上述設(shè)計(jì)，有效控制了閥桿主體的內(nèi)、外壁的溫度差，提高了閥桿的強(qiáng)度，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16K1/32GK1673586SQ200510038790
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者楊榮水, 李保升, 吳光斌, 王靖旺, 龐旭東 申請(qǐng)人:楊榮水