专利名称：超高温高压阀门的阀杆机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超高温高压阀门的阀杆机构。
背景技术：
阀门是管路附件，用来控制管路介质的流动，保证系统正常运行。阀门主要由阀体、阀盖、阀杆、阀芯、阀座和操纵机构(手轮、电动装置、气动装置)等组成。阀杆是阀门的主要传动件，它把操纵机构的推力或扭矩传递给阀芯等密封件，实现阀门的开启或关闭。阀杆是高温区的运动件，表面受高速气流的冲蚀，内部受拉应力，剪应力、扭应力、热应力等合成应力的作用，所以阀杆是阀门各零件中最易损坏的零件之一。金属材料的机械性能与工作温度有很大关系，温度高则强度低，例如耐热钢4Cr14Ni14W2Mo，在20℃时的抗拉强度为720MPa，500℃时的抗拉强度为620MPa，700℃时的抗拉强度为345MPa。由此可见，如何降低工作阀杆的温度，是设计超高温高压阀门阀杆的关键。以前通常采用内水冷却阀杆和夹层气冷式阀杆两种方案。内水冷却阀杆是将阀杆中间钻一通孔，通孔的中间安装一根冷却水管，水管的外径小于阀杆内径，循环冷却水从水管上端的通孔循环进入，这样可以带走阀杆的部分热量，使阀杆的内层温度降低。采用这种方案设计和计算的结果显示，阀杆内外温差过大，约为600℃，温度梯度变化也大，通过有限元分析，热应力达到648.7MPa，阀杆很容易断裂。夹层气冷式阀杆，该阀杆由上阀杆、下阀杆、阀杆头部、阀杆顶部、套管、密封套等零件组成。在下阀杆的外面加工出螺旋槽或迷宫槽，内部钻一通孔，再在下阀杆的外面套一层套管，让冷却气流从下阀杆上端的进气口进入，沿螺旋槽或迷宫槽下行，到下阀杆下端后，气流由阀杆内孔向上流动到出气口排出。这种设计方案既可降低阀杆温度，又使阀杆内外表面温差不会太大，约为130℃，温差应力能满足设计要求，但有三点不足第一是冷空气带走热量较多，总的能量损失为191KW，900℃的工作介质通过阀门后，温度降低18℃。第二点不足是阀杆的温度偏高，外壁约630℃，内壁约500℃，在这个温度区间，阀杆的强度要大大降低。第三点不足是下阀杆上端进出气口处的温度仍较高，O型橡胶密封圈选材困难，且寿命不长。由此可见，这个方案也不太理想。
发明内容
为了克服现有技术中普通超高温高压阀门的阀杆机构的内外温差过大，阀杆的强度低，容易断裂的问题，本发明提供一种超高温高压阀门的阀杆机构，该超高温高压阀门的阀杆机构的结构紧凑、阀杆的强度高、使用寿命长。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括活动连接的上、下阀杆以及下阀杆端部固接的阀杆头，下阀杆外设有保护套，保护套与下阀杆之间设置隔热层，保护套的下端部与阀杆头固接，上端部与下阀杆的上部外圆滑套配合，下阀杆的内孔中装设冷却气管，冷却气管与进气口相通，冷却气管与内孔之间的夹缝与出气口相通。
保护套的外圆表面设有防护层。
本发明通过上述具体设计，有效控制了阀杆主体的内、外壁的温度差，提高了阀杆的强度，具有结构紧凑、可靠性强、使用寿命长的优点。
以下结合附图
和实施例说明本发明的详细内容。
附图是本发明的结构示意图。
具体实施例方式
如图所示，本发明包括活动连接的上、下阀杆1、2以及下阀杆2端部固接的阀杆头3，下阀杆2外设有保护套4，保护套4的外圆表面设有防护层11，保护套4与下阀杆2之间设置隔热层5，保护套4的下端部与阀杆头3固接，上端部与下阀杆2的上部外圆滑套配合，下阀杆2的内孔6中装设冷却气管7，冷却气管7与进气口8相通，冷却气管7与内孔6之间的夹缝9与出气口10相通。
本发明的关键是下阀杆2采用四层结构，外面称为保护套4，用耐高温材料GH3128制造。该保护套4的下端与下阀杆2均与阀杆3焊接在一起，保护套4的上端与下阀杆2的上部外圆滑套配合，因为保护套4的温度高，受热膨胀，轴向伸长量远远大于下阀杆2的伸长量，所以上端不能焊牢。保护套4不承受轴向力，但要承受高压介质的径向压力，所以保护套4应设计有一定的厚度，在超高温高压力作用下不会被压扁变形。保护套4的外圆要随下阀杆2上、下移动，要与阀体的导向套发生摩擦，所以保护套4的外圆要堆焊厚度大于2mm的硬质合金防护层11，或喷涂厚度大于2mm的陶瓷材料——氧化锆。这样处理的效果是既能防止导向配合处咬结拉毛，又能防止超高温高压高速气流(3400米/秒)的冲蚀而损坏。第二层为隔热层5，选用既耐高温，隔热效果又好的硅酸铝纤维布或高硅氧玻璃纤维布，在下阀杆2和保护套4之间一层层裹紧填实。第三层为下阀杆2，承受外力和热应力，选用高温强度高的材料。第四层为冷却层。在下阀杆2的内孔6中装一冷却气管7，冷却气管7的外径比内孔6的内径小，冷却气流从阀杆的上端进气口8流入，到下阀杆2的下端后，沿气管外壁和阀杆内孔的夹缝9向上流动，从上端出气口10排出。这种方案通过有限元分析，阀杆主体的外壁温度约为310℃，内壁温度约为200℃，温差是110℃，能量损失约为55KW，900℃气流通过阀门后，温度降低约5℃，此方案被认为是理想的方案。
权利要求
1.一种超高温高压阀门的阀杆机构，包括活动连接的上、下阀杆以及下阀杆端部固接的阀杆头，其特征是下阀杆(2)外设有保护套(4)，保护套(4)与下阀杆(2)之间设置隔热层(5)，保护套(4)的下端部与阀杆头(3)固接，上端部与下阀杆(2)的上部外圆滑套配合，下阀杆(2)的内孔(6)中装设冷却气管(7)，冷却气管(7)与进气口(8)相通，冷却气管(7)与内孔(6)之间的夹缝(9)与出气口(10)相通。
2.根据权利要求1所述的超高温高压阀门的阀杆机构，其特征是保护套(4)的外圆表面设有防护层(11)。
全文摘要
本发明涉及一种超高温高压阀门的阀杆机构，包括活动连接的上、下阀杆以及下阀杆端部固接的阀杆头，下阀杆外设有保护套，保护套与下阀杆之间设置隔热层，保护套的下端部与阀杆头固接，上端部与下阀杆的上部外圆滑套配合，下阀杆的内孔中装设冷却气管，冷却气管与进气口相通，冷却气管与内孔之间的夹缝与出气口相通。本发明克服了现有技术中普通超高温高压阀门的阀杆机构的内外温差过大，阀杆的强度低，容易断裂的缺陷，通过上述设计，有效控制了阀杆主体的内、外壁的温度差，提高了阀杆的强度，具有结构紧凑、可靠性强、使用寿命长的优点。
文档编号F16K1/32GK1673586SQ200510038790
公开日2005年9月28日 申请日期2005年4月6日 优先权日2005年4月6日
发明者杨荣水, 李保升, 吴光斌, 王靖旺, 庞旭东 申请人:杨荣水