在弹簧式安全阀中金属结构之间的导向配合不算很多(先导式安全阀会多一些,但用在高温工况中的不多),主要包括导向套与反冲盘之间的配合、调节螺钉与阀杆之间的配合等。在常规使用过程中虽然也会出现热膨胀卡死的情况,但相对较少(也可能是热态工况下很少动作,所以这个问题没有显现出来),但在蒸汽工况中这种情况出现的可能还是比较大的。
除安全阀外,在其他类型的高温阀门中,高温卡死的现象则相对较多,本期我们就聊聊高温工况下的热胀死。
首先讲一个大致的概念:热胀死必须是异种材料(不同膨胀系数)或存在明显温度差的工况,如果是同种材料,同样的温度变化,无论温度如何变化也不会出现热胀死。
关于热胀死很多人有这个一个疑问:一个圆环在整体温度升高的情况下,内径会不会减小(如果内径减小,里面如果还有一个实体,则一定会出现热胀死)
答案是一定:不会
在温度同步升高的情况下,圆环的内径外径是同步增大的。为了更好理解,可以将圆环简化为一条一条的直线卷成环状后环环相套,单条环线在升温作用下会出现延长,但相互对立,单个线圈与相邻线圈同步增大,所以如果是同种材料,相同的温度变化结构内部是不会产生内应力的。
在相同温度变化的情况下,只有异种材料(具有不同的热膨胀系数),才会导致卡死现象(就像上面说的:有的线圈没变,有的线圈发生了变化,线圈之间就会变形不协调导致内应力及卡死的出现)。
在实际阀门使用过程中,通常情况下导向结构之间为了防止出现摩擦导致的咬死现象,会将导向配合结构设置为不同的材料,并设置一定硬度差。这样的配置下必然存在不同的热膨胀系数,该配置即使在相同温度变化的情况下也能会导致卡死现象。但很多情况下,导致卡死的最主要因素主要还是温度差,而非不同的膨胀系数(当然奥氏体不锈钢的膨胀系数特别大,使用的时候需要特别注意)
为了评价阀门在高温工况下是否会出现卡死现象,有人提出将阀门整体放置在加热炉中进行加热、动作以评价是否会出现卡死,但这样的方案中导向结构经受相同的温度变化,虽然材料的热膨胀系数有所差别,但无法模拟实际工况中的内外(入口出口)温度差情况。所以这样的试验方案虽然有一定的参考意义,但很难评定阀门在实际工况中的热卡阻现象。
相比之下在阀门内部通入高温(低温)介质、外部暴露在环境温度中的试样方案更加可靠,但这样的试验方案成本较高,特别是如果考虑压力作用时则难度更大。其中主要的难点在在于:1使用热电偶加热内部腔体的空气与实际工况存在一定的差异,而使用液体作为导热介质在高温下很容易出现气化,可能会导致压力升高、有毒介质挥发等安全问题2.如果对高温液体介质进行加压,对压力输出装置(泵)的耐受温度的要求也比较高。