喬冠超 蘭勇軍 占凱豐 柳雅玉

(上海亞奧閥門(mén)有限公司,上海201502)

1 概述

近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高閥門(mén)在高溫和低溫環(huán)境下的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是在使用過(guò)程中如何針對(duì)高溫工況閥門(mén)的受熱溫度及使用情況進(jìn)行預(yù)防和改進(jìn)是一直困擾設(shè)計(jì)人員的。

2 分析

高溫閥蓋一般采用加長(zhǎng)的方式，其目的是為了保護(hù)填料的密封性及操作的安全性，加長(zhǎng)閥蓋設(shè)計(jì)的溫度分布呈階梯型向上遞減傳導(dǎo)（詳見(jiàn)加長(zhǎng)閥蓋圖），加長(zhǎng)高度越高填料部位溫度越低。因此中設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)填料的使用溫度范圍，確定閥蓋的加長(zhǎng)高度，能夠滿(mǎn)足閥門(mén)性能的前提下，節(jié)約成本。

3 分析實(shí)例

以閘閥為例：閘閥閥蓋溫度場(chǎng)分析。

模擬條件為：

（1）介質(zhì)溫度：550℃；

（2）閥蓋材料：CF8閥蓋材；

（3）熱導(dǎo)率：16W/(m.K)；

（4）比熱：500J/(kg.K)；

（5）質(zhì)量密度：8000kg/m3；

（6）模型類(lèi)型：線(xiàn)性彈性同向性。

具體分析部位步驟如圖1-5。

圖1 閥蓋模型

現(xiàn)在以閘閥NPS 12-Class 300的閥蓋為例我們針對(duì)閥蓋加長(zhǎng)高度100mm、200mm、300mm、400mm時(shí)溫度對(duì)閥門(mén)填料部位溫度的影響進(jìn)行了有限元分析，見(jiàn)圖6-9。

圖2 (分析標(biāo)記平面溫度)

圖3 加載溫度(550℃)

圖4 散熱表面

圖5 網(wǎng)格化

圖6 (加長(zhǎng)100mm閘閥閥蓋)

圖7 (加長(zhǎng)200mm閘閥閥蓋)

圖8 (加長(zhǎng)300mm閘閥閥蓋)

圖9 (加長(zhǎng)400mm閘閥閥蓋)

我們根據(jù)加長(zhǎng)高度的閘閥閥蓋為例進(jìn)行了有限元分析具體分析結(jié)果見(jiàn)表1-4。

表1 閥蓋加長(zhǎng)100mm時(shí),填料底平面溫度

表2 閥蓋加長(zhǎng)200mm時(shí),填料底平面溫度

表3 閥蓋加長(zhǎng)300mm時(shí),填料底平面溫度

表4 閥蓋加長(zhǎng)400mm時(shí),填料底平面溫度

閥蓋加長(zhǎng)不同高度時(shí)填料底部的溫度對(duì)比：

（1）閥蓋加長(zhǎng)100mm：填料底部平均溫度為354.8 ℃；

（2）閥蓋加長(zhǎng)200mm：填料底部平均溫度為236.8 ℃；

（3）閥蓋加長(zhǎng)300mm：填料底部平均溫度為159.2 ℃；

（4）閥蓋加長(zhǎng)400mm：填料底部平均溫度為109.1 ℃；隨著閥蓋高度的變化，填料底部溫度也會(huì)變化。

閥蓋加長(zhǎng)200mm比加長(zhǎng)100mm，填料底部溫度明顯降低（溫度差為118℃）。

閥蓋加長(zhǎng)300mm比加長(zhǎng)200mm，填料底部溫度降低（溫度差為77.6 ℃）。

閥蓋加長(zhǎng)400mm比加長(zhǎng)300mm，填料底部溫度降低（溫度差為50.1 ℃）。

4 結(jié)論

由上對(duì)比可知：閥蓋加長(zhǎng)越高，填料部位的溫度越低；但是溫度降低的速率是遞減的。

SHELL MESC SPE 77/212里規(guī)定溫度為550℃時(shí)，NPS12-Class300的加長(zhǎng)高度為375mm，填料部位的溫度在109℃～159℃之間；那么是不是可以認(rèn)為高溫閥門(mén)填料部位的溫度在150℃以下是比較合理的（當(dāng)然也要考慮填料的材質(zhì)）。