林振浩，錢錦遠(yuǎn)，李文慶，金志江

(浙江大學(xué) 化工機(jī)械研究所，浙江 杭州 310027)

0 引 言

國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)中，一般將工作溫度超過(guò)425 ℃的閥門稱為高溫閥門[1]，包括高溫閘閥、高溫截止閥、高溫止回閥、高溫球閥、高溫蝶閥、高溫針閥、高溫節(jié)流閥和高溫減壓閥等。其中，高溫閘閥、高溫截止閥、高溫止回閥、高溫球閥和高溫蝶閥使用較為普遍[2]。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，工業(yè)裝備日趨高參數(shù)化和大型化，尤其在火電/核電、航空航天、石油化工等領(lǐng)域，各種高溫高壓等復(fù)雜工況機(jī)組不斷出現(xiàn)，所涉及的管路系統(tǒng)或裝置越來(lái)越復(fù)雜，因此，高溫閥門的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[3-5]。閥門在各類管網(wǎng)中具有“咽喉”之稱，其質(zhì)量和性能問(wèn)題常導(dǎo)致泄露、停車等重大問(wèn)題，嚴(yán)重威脅工業(yè)生產(chǎn)的正常開展和操作人員的生命安全。因此，對(duì)閥門安全可靠性的關(guān)注日益突出。

本文總結(jié)高溫閥門的結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)，探討高溫閥門結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究現(xiàn)狀，以期為高溫閥門的設(shè)計(jì)研究提供一定的工程借鑒。

1 高溫閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

高溫閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，主要需要考慮在原有材料基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)動(dòng)部件和密封部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

1.1 運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)改進(jìn)

高溫閥門與常溫閥門不同，受高溫流體的作用，閥門內(nèi)外存在非均勻溫度場(chǎng)，材料極易發(fā)生熱膨脹而引起閥門各部件尺寸的不均勻變化，這種變化使得閥門內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件間的配合間隙減小，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件發(fā)生卡死、擦傷等現(xiàn)象。例如LI等[6]采用二維有限元法對(duì)高溫流量控制閥進(jìn)行了熱應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)溫度較高部件的熱變形要大于溫度較低部件的熱變形。WU等[7]采用SIMPLEC算法對(duì)傳統(tǒng)高溫排氣閥進(jìn)行了熱力分析，發(fā)現(xiàn)了閥芯與閥座之間的熱變形值大于配合間隙最大值，導(dǎo)致閥芯與閥座之間摩擦力增大，接觸面粗糙度增大，致使排氣閥在工作時(shí)失靈。

調(diào)整結(jié)構(gòu)形式是當(dāng)下解決閥門運(yùn)動(dòng)部件因高溫而發(fā)生卡死、擦傷等問(wèn)題的主流手段。

為防止溫度升高引起的蝶板密封面徑向尺寸受熱脹大的發(fā)生，避免碟板與閥體之間發(fā)生卡死的問(wèn)題，吳尖斌等[8]提出了新型五桿式偏擺連桿蝶閥，其蝶閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 五桿式偏擺連桿結(jié)構(gòu)蝶閥1—吹掃口；2—閥桿；3—調(diào)節(jié)桿；4—套桿；5—驅(qū)動(dòng)桿；6—邊桿；7—固定桿；8—蝶板；9—閥體；10—液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)

蝶板的啟閉過(guò)程如圖2所示。

圖2 五桿式偏擺連桿結(jié)構(gòu)蝶閥蝶板的啟閉過(guò)程

這種新型五桿式偏擺連桿蝶閥有效地解決了蝶閥的高溫?zé)崤蛎浺Ш蠁?wèn)題。

為防止閥桿和球體長(zhǎng)時(shí)間在超高溫工況下工作而發(fā)生變形，蘇荊攀等[9]在球體內(nèi)增設(shè)了冷卻腔，通過(guò)閥桿內(nèi)的通孔給球體輸送冷卻液來(lái)達(dá)到球體冷卻降溫的效果。為了防止高溫閥門內(nèi)閥芯卡死而無(wú)法正常工作的問(wèn)題發(fā)生，潘蓉蓉在專利中[10]提出了一種新型高溫高壓截止閥，閥體外部設(shè)置了散熱部，散熱部上開設(shè)了散熱孔，使得閥體和閥芯等部件溫度降低了20 ℃～30 ℃，減小了部件的熱膨脹量。

目前，針對(duì)高溫工況下各部件的不均勻熱膨脹問(wèn)題所做的研究是在原有材料基礎(chǔ)上對(duì)高溫閥門的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，缺乏對(duì)部件材料或熱處理工藝的研究，尤其是通過(guò)改善熱處理工藝或材料本身使得部件達(dá)到或接近受熱均勻膨脹，是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

1.2 密封部件結(jié)構(gòu)改進(jìn)

高溫閥門的密封結(jié)構(gòu)極易受到高溫?zé)崤蛎浀挠绊?，使其密封性能不足，主要表現(xiàn)為預(yù)緊力發(fā)生變化。王軼等[11]研究了溫度變化對(duì)法蘭密封性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)螺栓的熱膨脹大于法蘭墊片系統(tǒng)的熱膨脹時(shí)，會(huì)導(dǎo)致預(yù)緊力的下降，當(dāng)預(yù)緊力低于體系的密封要求時(shí)，則會(huì)影響到法蘭的密封性能。毛劍鋒等[12]研究了汽輪機(jī)進(jìn)汽閥U型密封的高溫性能，結(jié)果表明，隨著承受高溫時(shí)間的積累，U型密封上的接觸區(qū)域變得越來(lái)越寬，而接觸應(yīng)力的幅值越來(lái)越小。

U型密封接觸應(yīng)力分布如圖3所示。

趙廣宇[13]針對(duì)高溫工況下的金屬密封球閥閥座與閥體之間的密封預(yù)緊力不足或者過(guò)大的問(wèn)題提出了加載彈簧預(yù)緊的結(jié)構(gòu)，確保在預(yù)緊力不足時(shí)，常溫下閥體與閥座間的密封不泄漏；預(yù)緊力偏大時(shí)，熱態(tài)工況下不因石墨密封環(huán)、閥體和閥座的脹緊而使得閥座難以軸向運(yùn)動(dòng)。何武等[14]在高溫氧氣球閥的密封結(jié)構(gòu)中使用了蝶形彈簧，閥門在關(guān)閉的情況下能夠保證閥座與球芯在彈簧預(yù)緊力的作用下緊密貼合，實(shí)現(xiàn)密封。吳尖斌等提出了由軟密封圈和彈性硬密封圈組成的一種雙層密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度升高時(shí)，由于軟密封圈使用柔性石墨，線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于金屬材料，彈性金屬密封圈受預(yù)緊力實(shí)現(xiàn)密封，而此時(shí)軟密封圈受力減小。

高溫閥門閥桿使用填料密封時(shí)，填料受高溫影響發(fā)生熱膨脹，導(dǎo)致填料與閥桿之間的摩擦力增大而引起填料磨損嚴(yán)重，原先的預(yù)緊力減少而使得填料密封力不足，出現(xiàn)泄漏問(wèn)題。為了改善填料密封的現(xiàn)狀，胡安鐸[15]在壓蓋螺栓處加裝了預(yù)緊彈簧，使填料徑向預(yù)緊力長(zhǎng)期保持在比較合理的范圍，自動(dòng)補(bǔ)償了填料磨損，提高了填料使用壽命。

高溫閥門的密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，主要目的是為了避免密封結(jié)構(gòu)的破壞帶來(lái)的閥門失效，一般通過(guò)加裝預(yù)緊彈簧使其具備自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ?，或是通過(guò)熱膨脹系數(shù)的不同，轉(zhuǎn)移預(yù)緊力的作用面。雖然這種方法被廣泛使用，但是對(duì)高溫閥門密封的研究還不夠深入。

未來(lái)應(yīng)從材料入手，選用耐高溫等復(fù)雜工況的材料，或者改進(jìn)材料熱處理工藝以提高材料的耐磨、耐高溫性能，降低材料的熱膨脹量?，F(xiàn)有文獻(xiàn)缺乏對(duì)密封面的研究，密封面的堆焊、熱處理、研磨等對(duì)閥門密封性能的保障至關(guān)重要，是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

2 高溫閥門的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究

高溫閥門的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究包括對(duì)熱應(yīng)力問(wèn)題的研究和對(duì)熱疲勞問(wèn)題的研究。熱應(yīng)力是指當(dāng)溫度改變時(shí)，物體由于外在約束及各部件之間的相互約束，使其不能完全自由熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力；或由于不同的材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，受熱之后結(jié)構(gòu)的變形程度不均勻所引起的[16]。熱疲勞是指當(dāng)零件受到反復(fù)加熱和冷卻循環(huán)時(shí)，發(fā)生結(jié)構(gòu)變化和損傷，其最終可能導(dǎo)致由熱應(yīng)力引起的失效，熱疲勞是由交變熱應(yīng)力引起的[17-18]。

2.1 研究方法

高溫閥門的應(yīng)力研究方法主要有兩種：一是理論仿真；二是數(shù)值模擬。而實(shí)驗(yàn)方法較為少見(jiàn)，是目前研究的不足。

2.1.1 理論仿真

理論仿真，是利用非齊次偏微分方程來(lái)描述高溫閥門的非穩(wěn)態(tài)傳熱問(wèn)題，以獲得關(guān)于時(shí)間和空間函數(shù)形式表示的溫度場(chǎng)分布，確定熱量傳遞規(guī)律。張希恒等[19]將超高溫閥閥座簡(jiǎn)化為有限長(zhǎng)空心圓柱的常物性、無(wú)內(nèi)熱源、非齊次邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型，利用Matlab軟件編程求解得到了特定點(diǎn)不同時(shí)間溫度的理論計(jì)算值。劉友宏等[20]忽略了電磁閥閥體內(nèi)部流體與壁面的對(duì)流傳熱，基于集總參數(shù)法得到了溫度與時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，利用FORTRAN語(yǔ)言編寫了非穩(wěn)態(tài)熱分析的程序。

由于傳熱問(wèn)題涉及到的貝塞爾函數(shù)問(wèn)題和本征函數(shù)問(wèn)題較為復(fù)雜，在理論模型建立過(guò)程中，需要對(duì)傳熱或者結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行假設(shè)，簡(jiǎn)化其計(jì)算過(guò)程。但是也存在許多不足，如仿真方法無(wú)法應(yīng)用在幾何結(jié)構(gòu)和邊界條件十分復(fù)雜的地方，對(duì)多維偏微分方程的求解較為困難。

2.1.2 數(shù)值模擬

數(shù)值模擬，是指利用有限量的節(jié)點(diǎn)參數(shù)表示連續(xù)的固體域或流體域，根據(jù)是否考慮溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和流場(chǎng)，一起對(duì)高溫閥門綜合應(yīng)力問(wèn)題進(jìn)行分析。數(shù)值模擬有單一場(chǎng)分析和耦合場(chǎng)分析兩種不同類型：

(1)單一場(chǎng)分析。是指僅從熱力學(xué)的角度對(duì)高溫閥門溫度場(chǎng)分布問(wèn)題進(jìn)行研究。例如ZENG等[21]對(duì)高溫流量控制閥的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，邊界條件設(shè)定時(shí)忽略高溫流體與閥體內(nèi)壁的對(duì)流傳熱方式，以閥體導(dǎo)熱為主要傳熱方式，給定了閥內(nèi)腔初始溫度。單一溫度場(chǎng)分析由于不涉及流體信息，不能直接得到流體溫度場(chǎng)以及壓力場(chǎng)對(duì)固體熱應(yīng)力及應(yīng)力場(chǎng)的影響，因此，無(wú)法得到實(shí)際的綜合應(yīng)力對(duì)閥門結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。

(2)耦合場(chǎng)分析。有熱固耦合分析和熱流固耦合分析兩種思路：

①熱固耦合分析。是指在考慮固體域中溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)同時(shí)存在的基本問(wèn)題，在有限元分析的過(guò)程中考慮了溫度和應(yīng)力兩種物理場(chǎng)的交叉作用和相互影響。例如KIM等[22]采用單向耦合法對(duì)高溫高壓三通球閥進(jìn)行了熱固耦合分析，先分析了由溫度差引起的熱應(yīng)力場(chǎng)，然后將熱應(yīng)力場(chǎng)作為邊界條件附加在壓應(yīng)力分析中，從而得到了耦合綜合應(yīng)力。

②熱流固耦合分析。是指在有限元分析過(guò)程中考慮了流動(dòng)、應(yīng)力、溫度三場(chǎng)同時(shí)存在的基本問(wèn)題。例如劉建瑞等[23]采用單向耦合方法對(duì)高溫高壓核電閘閥進(jìn)行了熱流固耦合分析，先分別考慮流體場(chǎng)和溫度場(chǎng)，然后將兩場(chǎng)作為邊界條件附加在壓應(yīng)力場(chǎng)分析中，從而得到了耦合綜合應(yīng)力。

在耦合問(wèn)題中，熱效應(yīng)與流體壓力導(dǎo)致固體變形，固體變形與流體流動(dòng)導(dǎo)致溫度場(chǎng)變化，固體變形與熱效應(yīng)導(dǎo)致流動(dòng)特性的改變，這3種效應(yīng)是同時(shí)發(fā)生的。而在已有的研究中，無(wú)論是熱固耦合還是熱流固耦合，對(duì)高溫閥門的熱結(jié)構(gòu)分析均是以單向耦合為主，而缺乏對(duì)雙向耦合的研究。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高溫閥門強(qiáng)度問(wèn)題的數(shù)值模擬方面的典型案例與特點(diǎn)，如表1所示。

由表1可發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬存在瞬態(tài)模擬和穩(wěn)態(tài)模擬，在考慮閥門開啟較短時(shí)間內(nèi)認(rèn)為各場(chǎng)變化是瞬時(shí)的；開啟后的一段時(shí)間，則認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)的。單一場(chǎng)分析是耦合場(chǎng)的基礎(chǔ)，熱流固耦合分析同時(shí)涉及了流體和固體的溫度場(chǎng)分析。

相較于理論仿真方法，數(shù)值模擬方法使用范圍廣泛，可對(duì)多個(gè)場(chǎng)分別進(jìn)行分析，也可進(jìn)行耦合分析，是當(dāng)下高溫閥門結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究的主流手段。但是僅單向耦合分析還不是最貼合實(shí)際情況的一種手段。

未來(lái)應(yīng)引入雙向耦合分析，甚至應(yīng)更多地加入實(shí)驗(yàn)研究，以貼合高溫閥門工作的實(shí)際情況。

2.2 熱應(yīng)力問(wèn)題的研究

高溫閥門熱應(yīng)力問(wèn)題的研究中，探究熱應(yīng)力在綜合應(yīng)力中的地位，以及引入熱應(yīng)力后閥門部件的安全評(píng)估問(wèn)題是目前主流的研究方向[31-32]。

在探究熱應(yīng)力的地位問(wèn)題中，占比十分重要。汪玉鳳等[33]對(duì)高溫高壓球閥球體進(jìn)行了熱固耦合分析，結(jié)果表明，熱載荷作用下的最大應(yīng)力占總應(yīng)力的31.6%。浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)高參數(shù)減壓閥進(jìn)行了熱固耦合分析[34-35]，發(fā)現(xiàn)了熱應(yīng)力與壓應(yīng)力有一定的抵消作用，降低了最大綜合應(yīng)力值，且熱應(yīng)力在綜合應(yīng)力中占主導(dǎo)地位。林鵬等對(duì)高溫汽輪機(jī)旁路閥閥體進(jìn)行了熱固耦合分析，發(fā)現(xiàn)閥門在開啟后的368.5 s時(shí)閥體應(yīng)力值最大，所處位置正是溫度梯度最大位置，此處的熱應(yīng)力值最大，而綜合應(yīng)力值小于熱應(yīng)力與壓應(yīng)力的疊加值。

在閥體安全評(píng)估過(guò)程，所用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或經(jīng)驗(yàn)公式各不相同。林鵬等引入了高溫屈服強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，公式中涉及了最高溫度值。吳敬普等[36]根據(jù)RCC-MB3222.3規(guī)定的總體熱應(yīng)力評(píng)估準(zhǔn)則來(lái)評(píng)定閥體的強(qiáng)度，即熱應(yīng)力(不計(jì)應(yīng)力集中)大于材料屈服強(qiáng)度的兩倍，則彈性分析失效。周密等[37]根據(jù)應(yīng)力—強(qiáng)度干涉理論對(duì)閥體強(qiáng)度進(jìn)行了校核，閥體失效的判據(jù)為閥體危險(xiǎn)斷面上的最大應(yīng)力值高于材料強(qiáng)度極限。趙英博等[38]考慮用包含熱應(yīng)力的最大應(yīng)力值不大于3倍材料的許用應(yīng)力值，來(lái)判斷閥體是否失效。

研究者們發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)力在綜合應(yīng)力中占有一定比例，且能抵消一部分壓應(yīng)力，但其抵消機(jī)理卻未深入分析。在閥門部件安全評(píng)估時(shí)，所用標(biāo)準(zhǔn)都偏保守，大都未考慮到長(zhǎng)期在高溫工況工作的情況，也是目前研究的不足。

2.3 熱疲勞問(wèn)題的研究

高溫閥門熱疲勞問(wèn)題的研究，主要考慮在交變熱應(yīng)力下閥門部件的疲勞可靠性，然后根據(jù)研究結(jié)果對(duì)部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。高溫閥門在啟閉過(guò)程中，形狀復(fù)雜的閥門內(nèi)、外表面溫度不同，并且各處溫差也存在較大差異。在這種情況下，閥門部件存在著顯著的交變應(yīng)力[39-41]。MAREK和OKRAJINI[42]指出，在閥門開啟初期存在熱應(yīng)力明顯大于壓應(yīng)力的現(xiàn)象，且超過(guò)屈服應(yīng)力值，嚴(yán)重影響閥門構(gòu)件的疲勞耐久。

在熱疲勞有限元分析中，需要先對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，包括零件溫度場(chǎng)分布，熱應(yīng)力和綜合應(yīng)力；然后確定零件的危險(xiǎn)點(diǎn)或面，即確定零件上的最大綜合應(yīng)力點(diǎn)或面；最后結(jié)合材料S-N曲線和疲勞累計(jì)損失理論，進(jìn)行零件的疲勞壽命分析[43]。

疲勞分析過(guò)程如圖4所示。

圖4 疲勞分析過(guò)程圖

閥門的啟閉是引起閥門熱疲勞的主要原因。在閥門開啟、高溫介質(zhì)流通時(shí)，閥門內(nèi)外產(chǎn)生劇烈的溫度變化，隨之在溫度梯度大的部位產(chǎn)生極大的非定常應(yīng)力，這種現(xiàn)象也稱為瞬態(tài)承壓熱沖擊[44-45]，容易造成構(gòu)件的裂紋、擊穿等嚴(yán)重后果[46]，縮短閥門的壽命。

因此，瞬態(tài)承壓熱沖擊下的閥門疲勞可靠性分析是研究的重點(diǎn)。李樹勛等對(duì)核二級(jí)波紋管截止閥閥體開啟時(shí)，瞬時(shí)最大應(yīng)力的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了熱固耦合疲勞壽命分析，并對(duì)閥體的安全系數(shù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，其安全系數(shù)大于1。

從安全系數(shù)來(lái)考慮，為避免瞬態(tài)熱沖擊的影響，應(yīng)減少內(nèi)外壁溫差使其產(chǎn)生的熱應(yīng)力盡量處于線彈性范圍，例如在閥座處開設(shè)冷卻槽[47]。余煜哲等[48]對(duì)高溫閥體進(jìn)行了疲勞可靠性分析，結(jié)果表明，閥體最低壽命位置入口和出口處的閥槽轉(zhuǎn)角處。為防止閥座應(yīng)力集中，應(yīng)在此處進(jìn)行熱噴涂和平滑處理。

浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出了新型高參數(shù)減壓閥[49-52]，其高參數(shù)減壓閥的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 新型高參數(shù)減壓閥1—外層籠罩；2—內(nèi)層籠罩；3—節(jié)流板

在相關(guān)文獻(xiàn)中，研究人員對(duì)閥體進(jìn)行了熱流固耦合分析，確定了瞬態(tài)承壓熱沖擊下的應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)，利用蒙森法對(duì)閥體的危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了疲勞壽命分析，最后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)原有閥體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析，結(jié)果表明，優(yōu)化后的閥體綜合應(yīng)力值由原來(lái)的453 MPa減少到127 MPa。

優(yōu)化后的閥體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 閥體優(yōu)化后的高參數(shù)減壓閥示意圖1—外層籠罩；2—內(nèi)層籠罩；3—節(jié)流板

目前，對(duì)高溫閥門熱疲勞問(wèn)題的研究還未深入，尚有許多難題亟待解決：

(1)研究人員基于多場(chǎng)耦合的熱疲勞問(wèn)題模擬對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的簡(jiǎn)化和假設(shè)，這些簡(jiǎn)化和假設(shè)條件的合理性有待論證；

(2)對(duì)高溫閥門部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化僅考慮簡(jiǎn)單的消除集中應(yīng)力方法，缺乏更多的手段。未來(lái)應(yīng)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用模擬仿真方法，將結(jié)構(gòu)優(yōu)化與力學(xué)優(yōu)化算法相結(jié)合。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了高溫閥門結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方法，回顧了國(guó)內(nèi)外高溫閥門結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究現(xiàn)狀。

在高溫閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中，運(yùn)動(dòng)部件和密封部件的改進(jìn)是研究的重點(diǎn)。針對(duì)運(yùn)動(dòng)部件因熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致配合間隙減小的問(wèn)題，主要在于改變其運(yùn)動(dòng)方式以及受熱溫度，避免熱膨脹量過(guò)大而致使的擦傷、卡死等現(xiàn)象；針對(duì)密封部件預(yù)緊力改變而導(dǎo)致的密封不足的問(wèn)題，主要在于加裝預(yù)緊彈簧使其到達(dá)自動(dòng)調(diào)整的作用。

然而以上均是在原有材料基礎(chǔ)上進(jìn)行的結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究，未從部件材料和處理工藝兩方面進(jìn)行研究。

在高溫閥門的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究中，本文著重闡述了研究方法、熱應(yīng)力問(wèn)題和熱疲勞問(wèn)題：

(1)在研究方法方面，主要有理論仿真和數(shù)值模擬兩種，缺乏實(shí)驗(yàn)研究方法。理論仿真方法僅對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，而數(shù)值模擬方法不僅可對(duì)單一場(chǎng)進(jìn)行分析，也可對(duì)多場(chǎng)耦合進(jìn)行分析，是目前主流的研究手段。但是，數(shù)值模擬方法中的耦合分析僅以單向耦合為主，缺乏雙向耦合的研究，是目前研究的不足；

(2)在熱應(yīng)力問(wèn)題研究方面，由于高溫閥門長(zhǎng)期處高溫工況下，閥門內(nèi)外存在著時(shí)變不均勻溫度場(chǎng)，使得高溫閥門的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究過(guò)程不得不考慮熱應(yīng)力的作用。熱應(yīng)力在閥門綜合應(yīng)力中占有一定比重，且存在抵消部分壓應(yīng)力的作用，在部件結(jié)構(gòu)安全評(píng)估時(shí)，常被考慮在內(nèi)。但是，熱應(yīng)力抵消作用的機(jī)理目前尚不明確，所用的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)也各有不同；

(3)在熱疲勞問(wèn)題研究方面，高溫閥門在啟閉過(guò)程，存在著交變熱應(yīng)力，容易造成部件的熱疲勞現(xiàn)象，因此，分析瞬態(tài)承壓熱沖擊下的疲勞壽命問(wèn)題十分重要，應(yīng)根據(jù)研究結(jié)果對(duì)部件應(yīng)力集中的部位進(jìn)行優(yōu)化。但是單純站在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上消除某處的集中應(yīng)力的方法并不是最優(yōu)方案，未來(lái)可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用模擬仿真方法，將結(jié)構(gòu)優(yōu)化與力學(xué)優(yōu)化算法相結(jié)合。