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【摘 要】针对高温环境中使用的圆阀阀轴易变形、执行器易损坏状况，改进风阀支架及传动结构设计，用合成云母降低热传导对电动或气动执行器的破坏，提高风阀的使用寿命。
【关键词】风阀；高温；合成云母；热传导
1 前言
工业特别是汽车行业废气治理余热利用越来越普及，也越来越被重视，在治理系统中会有大流量的800～1100℃高温气体需要控制。这样高温通风阀门就成为高温废气治理以及再利用中必不可少的部件，在汽车行业RTO（蓄热式热力焚化炉， Regenerative Thermal Oxidizer简称为“RTO”）废气处理系统中，就需要一种能持续耐温800～900℃，间歇最高温度达1050℃，尺寸为DN125～DN315的风量调节阀（以下简称“风阀”）。这种风阀大多是电动或气动执行器，使用中常出现风阀打不开或关不严，执行器损坏风阀无法工作等现象，风阀使用寿命很低。由于此种风阀的尺寸较小并且受风阀安装空间结构限制，通常对风阀及传动机构水冷却或汽化冷却又不适用。这就需要改进风阀的结构，减少和避免以上问题的出现，提高风阀的使用寿命，保证汽车RTO废气处理系统的正常运行。
2 分析风阀寿命低的原因
2.1高温圆阀特点
高温圆阀由阀体、阀体两端焊接法兰、挡圈、执行器支架、阀轴、叶片、阀轴密封管及螺帽等零部件组成。安装在执行器支架上的电动或气动执行器带动阀轴和叶片旋转，与阀体焊接的两个挡圈保证风阀关闭状态叶片与阀体空间的密闭。阀轴密封管与阀轴间有压紧的耐高温陶瓷密封绳，避免气体外泄漏。安装此种风阀的管道有较厚的保温层，一般300mm左右，也就是说工作时可以看到的就是执行器支架和伸出阀轴密封管的部分阀轴，以及螺帽和阀轴密封管顶端，阀体及法兰都处于保温层内。
2.2执行器损坏原因分析
一台DN125圆阀无法工作，检测电动执行器内部电气元件已损坏。测量与电动执行器接触的阀轴轴端和执行器支架端面温度，都超过了150℃，此时阀体内温度为840℃。而电动执行器和气动执行器一般耐温都在70℃以下，耐高温执行器也不超过150℃，即使可在250℃工作1小时的电动执行器也无法满足此种风阀的使用要求。正是由于金属材料的阀轴和执行器支架都是热的良导体，将来自阀体内部的热量传给了执行器，持续的高温环境致使执行器损坏无法动作。
2.3风阀打不开或关不严原因分析
阀体内是800～900℃高温气体，所以上述风阀零部件材料要有足够的化学稳定性、综合的高温力学性能、良好的制造性能、适当的经济可行性。阀轴、阀体、挡圈、阀轴密封管等选用了可持续工作在1150℃的06Cr25Ni20奥氏体不锈钢材料，06Cr25Ni20（310S）钢具有良好的抗高温氧化性能[1]，从材料选择上没有问题。
图1 圆阀阀体及支架
图1是拆卸掉变形阀轴后的DN125圆阀阀体及支架图，阀体两端都有长度超出保温层的阀轴密封管，也就是说非传动轴端长度也很大，阀轴在阀体内的部分要安装叶片，所以这部分阀轴强度会减低，并且基本呈阀体中心对称，长期的高温环境下阀轴稍有变形就会与较长的阀轴密封管干涉，致使叶片无法打开或关闭不严。当然，与阀体焊接的两侧阀轴密封管若不同心，或在高温环境中弯曲偏心，而无任何加固支撑的轴密封管更容易出现此问题，也会引起阀轴无法转动致使风阀叶片无法打开或关闭不严。
3风阀设计改进
针对上述风阀无法工作的原因，改进风阀结构设计，选用优良的耐高温绝热材料，降低热传导对执行器的破坏，避免和减少阀轴与阀轴密封管偏心相互干涉引起的故障。
3.1 用合成云母层压板材料绝热
云母石层状硅酸盐矿物的总称，具有绝缘、透明、耐热、耐腐蚀、易分剥等特性并富有弹性。天然云母的种类虽然很多，但在工业上应用的主要是白云母，其次是金云母。随着科技的发展合成云母的应用越来越广泛，并且合成云母的高温稳定性比天然云母还要好。合成云母的熔化或析晶温度为（1375±5）℃，以合成云母碎片为原料，通过高压水力制浆和专用造纸机可制得合成云母纸，这种云母纸经浸胶、烘干和热压等工序可制成各种厚度的层压板。合成云母层压板能长期在900～1000℃的高温下使用，耐高温性能极其优异[2]，其热传导率为0.15～0.2cal/（m·h·℃），合成云母层压板弯曲强度为160～300MPa，大于1mm的厚板可承受锯、剪、切、钻等机械加工，具有良好的可加工性，机械强度较高，剥离性能良好[3]。合成云母化学性质稳定，与水、酸、油、有机溶剂不发生化学反应，不被腐蚀，具有良好的绝缘性。
可用合成云母层压板材料制作成云母垫和云母绝热盘来隔绝金属材料接触性热传导。
3.2执行器支架改进
图2是DN300圆阀结构图，执行器支架分成前后两部分，即前支架和焊接支架，焊接支架依旧采用06Cr25Ni20奥氏体不锈钢材料，焊接支架与阀轴密封管连接板也采用奥氏体不锈钢06Cr25Ni20，前支架采用常用的06Cr19Ni10材质，焊接支架、前支架、连接板均有大的孔洞，在保证强度的前提下尽可能减少不锈钢板热传导面积。
焊接支架与阀体焊接，另一端中间加厚云母垫与前支架用六角头螺栓紧固，螺栓与前支架、螺母与焊接支架间有薄云母垫，使得连接部位无金属材料的直接接触，降低了焊接支架与前支架间的热传导。
前支架与执行器定位板间加厚云母垫，螺母与前支架间有薄云母垫，这样再一次降低了焊接支架传导的热量，基本消除了支架板传导热对执行器的破坏。
图2 DN300圆阀结构图
1.阀体 2.法兰 3.挡圈 4.叶片 5.閥轴 6.连接板 7.焊接支架 8.阀轴密封管 9.薄云母垫 10.六角头螺栓 11.螺帽 12.高温风阀绝热传动机构 13.执行器定位板 14.执行器传动轴 15.前支架 16.厚云母垫 17.轴堵 3.3 阀轴设计改进
去掉了非传动侧的阀轴密封管，换成密封轴堵，缩短了阀轴的长度。阀轴不直接与执行器接触，传动侧前端增加高温风阀绝热传动机构[4]，高温风阀绝热传动机构由联轴器、转环、云母绝热盘及内、外加固圈组成，通过螺杆、螺母以及轴用卡簧紧固连接。云母绝热盘内圈、外圈均有06Cr19Ni10材质的加固圈，用普通车床即可将内、外加固圈与云母绝热盘牢牢包裹起来，加工简单成本低。内、外加固圈增强了合成云母层压板材料云母绝热盘的强度，也防止云母绝热盘在使用中破损剥离。
云母绝热盘隔绝了阀轴传导的热量，并且通过联轴器实现了阀轴热变形的有效补偿。这样既可以实现传动，又极大地降低了阀轴的热量传导给执行器。
3.4 装配注意事项
（1）左、右焊接支架在阀轴密封管中心线两侧呈对称状，分别与阀体前后焊接的阀轴密封管和轴堵同轴度不能过大，这样阀轴才能够在轴堵和阀轴密封管内的陶瓷密封绳压紧管里面转动灵活。
（2）是要保证执行器定位板中心圆孔与阀轴、阀轴密封管同心，不能有过大的偏心量，减少由于装配误差可能引起的高温负载状态阀轴卡死现象的可能性。
（3）阀轴、阀轴密封管位置对正后，将连接螺栓紧固，压紧各处薄云母垫、厚云母垫，保证执行器支架的强度。
（4）高温风阀绝热传动机构紧固件要调整好位置，云母绝热盘螺栓孔两侧加06Cr19Ni10材质平垫圈，确保螺母扭紧时压实云母绝热盘，增强云母绝热盘的强度，以保证传动的有效性。
4结束语
按上述改进制作的DN125～DN315风阀已经应用在汽车RTO废气处理系统中，运行良好。合成云母材料的选用使得此种风阀结构紧凑占用空间小，制作成本低，结构刚性好，绝热效果明显，使用寿命长，执行机构选用常规电动、气动执行器即可，安装方便，性能可靠。此设计改进也适用于小尺寸的高温方阀。
参考文献：
[1]杨照明，韩静涛，刘婧，刘彪. 奥氏体耐热不锈钢310S的抗高温氧化性能研究[J]. 热加工工艺，2006，（07）：33-34.
[2]徐扬群. 合成云母的制造、加工与应用[M]. 北京：化学工业出版社，2012.
[3]龚先政，祖占良，郑水林. 云母加工利用技术现状和发展动向[J]. 中国非金属矿业导刊，2000，（05）：18-21.
[4]大连兆和科技发展有限公司. 高温风阀绝热传动机构[P]. 中国专利：CN103883787A，2014-06-25.
作者簡介：赵勇（1978.12- ），男，汉族，大学学历，学士学位，工程师，大连兆和科技发展有限公司技术主管，主要从事通风环保设备产品设计及工艺工作。
【关键词】风阀；高温；合成云母；热传导
1 前言
工业特别是汽车行业废气治理余热利用越来越普及，也越来越被重视，在治理系统中会有大流量的800～1100℃高温气体需要控制。这样高温通风阀门就成为高温废气治理以及再利用中必不可少的部件，在汽车行业RTO（蓄热式热力焚化炉， Regenerative Thermal Oxidizer简称为“RTO”）废气处理系统中，就需要一种能持续耐温800～900℃，间歇最高温度达1050℃，尺寸为DN125～DN315的风量调节阀（以下简称“风阀”）。这种风阀大多是电动或气动执行器，使用中常出现风阀打不开或关不严，执行器损坏风阀无法工作等现象，风阀使用寿命很低。由于此种风阀的尺寸较小并且受风阀安装空间结构限制，通常对风阀及传动机构水冷却或汽化冷却又不适用。这就需要改进风阀的结构，减少和避免以上问题的出现，提高风阀的使用寿命，保证汽车RTO废气处理系统的正常运行。
2 分析风阀寿命低的原因
2.1高温圆阀特点
高温圆阀由阀体、阀体两端焊接法兰、挡圈、执行器支架、阀轴、叶片、阀轴密封管及螺帽等零部件组成。安装在执行器支架上的电动或气动执行器带动阀轴和叶片旋转，与阀体焊接的两个挡圈保证风阀关闭状态叶片与阀体空间的密闭。阀轴密封管与阀轴间有压紧的耐高温陶瓷密封绳，避免气体外泄漏。安装此种风阀的管道有较厚的保温层，一般300mm左右，也就是说工作时可以看到的就是执行器支架和伸出阀轴密封管的部分阀轴，以及螺帽和阀轴密封管顶端，阀体及法兰都处于保温层内。
2.2执行器损坏原因分析
一台DN125圆阀无法工作，检测电动执行器内部电气元件已损坏。测量与电动执行器接触的阀轴轴端和执行器支架端面温度，都超过了150℃，此时阀体内温度为840℃。而电动执行器和气动执行器一般耐温都在70℃以下，耐高温执行器也不超过150℃，即使可在250℃工作1小时的电动执行器也无法满足此种风阀的使用要求。正是由于金属材料的阀轴和执行器支架都是热的良导体，将来自阀体内部的热量传给了执行器，持续的高温环境致使执行器损坏无法动作。
2.3风阀打不开或关不严原因分析
阀体内是800～900℃高温气体，所以上述风阀零部件材料要有足够的化学稳定性、综合的高温力学性能、良好的制造性能、适当的经济可行性。阀轴、阀体、挡圈、阀轴密封管等选用了可持续工作在1150℃的06Cr25Ni20奥氏体不锈钢材料，06Cr25Ni20（310S）钢具有良好的抗高温氧化性能[1]，从材料选择上没有问题。
图1 圆阀阀体及支架
图1是拆卸掉变形阀轴后的DN125圆阀阀体及支架图，阀体两端都有长度超出保温层的阀轴密封管，也就是说非传动轴端长度也很大，阀轴在阀体内的部分要安装叶片，所以这部分阀轴强度会减低，并且基本呈阀体中心对称，长期的高温环境下阀轴稍有变形就会与较长的阀轴密封管干涉，致使叶片无法打开或关闭不严。当然，与阀体焊接的两侧阀轴密封管若不同心，或在高温环境中弯曲偏心，而无任何加固支撑的轴密封管更容易出现此问题，也会引起阀轴无法转动致使风阀叶片无法打开或关闭不严。
3风阀设计改进
针对上述风阀无法工作的原因，改进风阀结构设计，选用优良的耐高温绝热材料，降低热传导对执行器的破坏，避免和减少阀轴与阀轴密封管偏心相互干涉引起的故障。
3.1 用合成云母层压板材料绝热
云母石层状硅酸盐矿物的总称，具有绝缘、透明、耐热、耐腐蚀、易分剥等特性并富有弹性。天然云母的种类虽然很多，但在工业上应用的主要是白云母，其次是金云母。随着科技的发展合成云母的应用越来越广泛，并且合成云母的高温稳定性比天然云母还要好。合成云母的熔化或析晶温度为（1375±5）℃，以合成云母碎片为原料，通过高压水力制浆和专用造纸机可制得合成云母纸，这种云母纸经浸胶、烘干和热压等工序可制成各种厚度的层压板。合成云母层压板能长期在900～1000℃的高温下使用，耐高温性能极其优异[2]，其热传导率为0.15～0.2cal/（m·h·℃），合成云母层压板弯曲强度为160～300MPa，大于1mm的厚板可承受锯、剪、切、钻等机械加工，具有良好的可加工性，机械强度较高，剥离性能良好[3]。合成云母化学性质稳定，与水、酸、油、有机溶剂不发生化学反应，不被腐蚀，具有良好的绝缘性。
可用合成云母层压板材料制作成云母垫和云母绝热盘来隔绝金属材料接触性热传导。
3.2执行器支架改进
图2是DN300圆阀结构图，执行器支架分成前后两部分，即前支架和焊接支架，焊接支架依旧采用06Cr25Ni20奥氏体不锈钢材料，焊接支架与阀轴密封管连接板也采用奥氏体不锈钢06Cr25Ni20，前支架采用常用的06Cr19Ni10材质，焊接支架、前支架、连接板均有大的孔洞，在保证强度的前提下尽可能减少不锈钢板热传导面积。
焊接支架与阀体焊接，另一端中间加厚云母垫与前支架用六角头螺栓紧固，螺栓与前支架、螺母与焊接支架间有薄云母垫，使得连接部位无金属材料的直接接触，降低了焊接支架与前支架间的热传导。
前支架与执行器定位板间加厚云母垫，螺母与前支架间有薄云母垫，这样再一次降低了焊接支架传导的热量，基本消除了支架板传导热对执行器的破坏。
图2 DN300圆阀结构图
1.阀体 2.法兰 3.挡圈 4.叶片 5.閥轴 6.连接板 7.焊接支架 8.阀轴密封管 9.薄云母垫 10.六角头螺栓 11.螺帽 12.高温风阀绝热传动机构 13.执行器定位板 14.执行器传动轴 15.前支架 16.厚云母垫 17.轴堵 3.3 阀轴设计改进
去掉了非传动侧的阀轴密封管，换成密封轴堵，缩短了阀轴的长度。阀轴不直接与执行器接触，传动侧前端增加高温风阀绝热传动机构[4]，高温风阀绝热传动机构由联轴器、转环、云母绝热盘及内、外加固圈组成，通过螺杆、螺母以及轴用卡簧紧固连接。云母绝热盘内圈、外圈均有06Cr19Ni10材质的加固圈，用普通车床即可将内、外加固圈与云母绝热盘牢牢包裹起来，加工简单成本低。内、外加固圈增强了合成云母层压板材料云母绝热盘的强度，也防止云母绝热盘在使用中破损剥离。
云母绝热盘隔绝了阀轴传导的热量，并且通过联轴器实现了阀轴热变形的有效补偿。这样既可以实现传动，又极大地降低了阀轴的热量传导给执行器。
3.4 装配注意事项
（1）左、右焊接支架在阀轴密封管中心线两侧呈对称状，分别与阀体前后焊接的阀轴密封管和轴堵同轴度不能过大，这样阀轴才能够在轴堵和阀轴密封管内的陶瓷密封绳压紧管里面转动灵活。
（2）是要保证执行器定位板中心圆孔与阀轴、阀轴密封管同心，不能有过大的偏心量，减少由于装配误差可能引起的高温负载状态阀轴卡死现象的可能性。
（3）阀轴、阀轴密封管位置对正后，将连接螺栓紧固，压紧各处薄云母垫、厚云母垫，保证执行器支架的强度。
（4）高温风阀绝热传动机构紧固件要调整好位置，云母绝热盘螺栓孔两侧加06Cr19Ni10材质平垫圈，确保螺母扭紧时压实云母绝热盘，增强云母绝热盘的强度，以保证传动的有效性。
4结束语
按上述改进制作的DN125～DN315风阀已经应用在汽车RTO废气处理系统中，运行良好。合成云母材料的选用使得此种风阀结构紧凑占用空间小，制作成本低，结构刚性好，绝热效果明显，使用寿命长，执行机构选用常规电动、气动执行器即可，安装方便，性能可靠。此设计改进也适用于小尺寸的高温方阀。
参考文献：
[1]杨照明，韩静涛，刘婧，刘彪. 奥氏体耐热不锈钢310S的抗高温氧化性能研究[J]. 热加工工艺，2006，（07）：33-34.
[2]徐扬群. 合成云母的制造、加工与应用[M]. 北京：化学工业出版社，2012.
[3]龚先政，祖占良，郑水林. 云母加工利用技术现状和发展动向[J]. 中国非金属矿业导刊，2000，（05）：18-21.
[4]大连兆和科技发展有限公司. 高温风阀绝热传动机构[P]. 中国专利：CN103883787A，2014-06-25.
作者簡介：赵勇（1978.12- ），男，汉族，大学学历，学士学位，工程师，大连兆和科技发展有限公司技术主管，主要从事通风环保设备产品设计及工艺工作。