燃氣輪機用燃料控制閥密封結構的改進(jìn)
介紹了燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組用燃料控制閥的使用條件和工況要求。論述了該閥密封結構的改進(jìn)、材料選用和產(chǎn)品試驗過(guò)程。
1、概述
燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠(chǎng)的整體循環(huán)效率高，對環(huán)境污染極小，在同等條件下具有投資較低，調峰性能好，啟�？旖�，占地面積少和耗水量低等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)技術(shù)獲得了快速的發(fā)展。燃料控制閥設置在燃氣輪機的燃料噴嘴前，用于控制燃機的速度和啟停，閥門(mén)的密封性能要求很高由燃廠(chǎng)配套進(jìn)口。在使用過(guò)程中，針對該閥門(mén)出現開(kāi)關(guān)幾十次后球體與閥座表面擦傷泄漏需要更換和壽命短等問(wèn)題，對閥門(mén)的密封結構進(jìn)行了研究和改進(jìn)。
2、技術(shù)指標
公稱(chēng)壓力Class 300；公稱(chēng)通徑NPS 8；使用溫度185℃；緊急切斷時(shí)間< 0.5s；泄漏量ASME B16.104 VI 級。
3、結構及材料
燃料控制閥采用V 形開(kāi)口半球閥結構，在產(chǎn)品試制過(guò)程中先后采用了硬密封和軟密封兩種結構形式。
3.1、硬密封結構
該結構基本上與配套進(jìn)口的V 形球閥一致( 圖1) ，閥座密封面堆焊硬質(zhì)合金，球體采用不銹鋼噴焊Ni60 硬質(zhì)合金，球體與閥座精加工后再經(jīng)過(guò)配研。在常溫下測試，閥座泄漏量達不到ASME B16.104 VI 級標準要求。分析認為，金屬硬密封結構的V 形球閥，由于受結構限制，很難達到VI 級泄漏要求。另外，采用該結構同樣出現配套進(jìn)口閥門(mén)出現的球體與閥座表面擦傷及壽命短的問(wèn)題。
1. 閥體 2. O 形圈 3. 壓圈 4. 閥座彈簧 5. 金屬閥座 6. 球體
圖1 硬密封結構
3.2、軟密封結構
由于燃料控制閥控制介質(zhì)為185℃，壓力約為3.5MPa 的天然氣，根據閥門(mén)使用工況，采用軟密封結構應能夠滿(mǎn)足使用要求( 圖2) 。軟密封結構關(guān)鍵在于材料的選擇上，既能滿(mǎn)足溫度和使用壓力要求，還能滿(mǎn)足泄漏量與壽命要求。最初，選擇8000PHB塑料合金作為閥座軟密封環(huán)，閥門(mén)在常溫下檢測各項性能，都能達到指標，閥座泄漏量達到0 泄漏。在185℃熱態(tài)下試驗，檢驗泄漏量，剛開(kāi)始沒(méi)出現什么問(wèn)題，但在閥門(mén)開(kāi)關(guān)100 多次后，泄漏量明顯增加，而且越來(lái)越大。后經(jīng)聯(lián)合真空技術(shù)網(wǎng)(likelearn.cn)的工作人員拆卸檢查閥座，發(fā)現軟密封環(huán)已經(jīng)變形并被球體的V 形口剪切撕裂，證明該材料在185℃ 左右時(shí)，已經(jīng)軟化，故滿(mǎn)足不了使用要求( 圖3) 。
1. 閥體 2. O 形圈 3. 軟密封環(huán) 4. 壓圈 5. 閥座彈簧 6. 金屬閥座環(huán) 7. 球體
圖2 軟密封結構
圖3 鑲嵌8000PHB 塑料合金閥座
經(jīng)過(guò)分析，采用PEEK( 聚醚醚酮) 材料做閥座密封環(huán)，將其精加工后鑲嵌在金屬閥座環(huán)中，在車(chē)床上采用滾壓收緊金屬閥座環(huán)的預留包邊，使軟閥座被牢固可靠的固定在金屬閥座環(huán)中，然后再整體加工出密封面，并與球體配研( 表1) 。
表1 PEEK 材料性能表
經(jīng)冷態(tài)和熱態(tài)試驗證明，PEEK 作為閥座密封材料，加上獨特的旋壓包緊工藝可保證軟閥座不會(huì )出現脫落現象，完全可以滿(mǎn)足閥門(mén)的使用要求( 圖4) 。
圖4 鑲嵌PEEK 的金屬閥座
4、試驗
4.1、高溫試驗
采用電加熱設備，閥前通入0.5 ～ 0.6MPa 壓縮空氣，加熱溫度設定在185℃，由于溫度傳感器的滯后性，實(shí)際的溫度在175 ～ 198℃ 之間變化( 圖5) 。閥門(mén)開(kāi)關(guān)頻率設定為約80s 開(kāi)關(guān)一次，從試驗開(kāi)始到結束，閥門(mén)共開(kāi)關(guān)1300 次。
圖5 熱態(tài)實(shí)驗裝置
經(jīng)過(guò)熱態(tài)試驗完成后，將閥門(mén)解體，對閥座密封面檢測，密封面光滑，無(wú)軟化變形痕跡。結果證明改進(jìn)后的軟密封結構是可行的，PEEK 材料作為閥座密封材料，在200℃下工作，不會(huì )出現軟化現象，密封安全可靠( 表2) 。
表2 鑲嵌PEEK 的金屬閥座的泄漏數據
4.2、流量試驗
對燃料控制閥進(jìn)行了實(shí)物流量測試。由于結構尺寸與原進(jìn)口閥發(fā)生較大變化，第1 次實(shí)物試驗數據偏差比較大。經(jīng)過(guò)對V 形開(kāi)口重新進(jìn)行計算、液體模擬分析和修整，修整后第2 次實(shí)物試驗數據滿(mǎn)足工況使用要求。
表3 燃料控制閥流量測試比較
5、結語(yǔ)
燃機燃料控制閥經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)和試驗，最終確定了采用金屬閥座環(huán)鑲嵌PEEK 密封圈的結構，并順利通過(guò)熱態(tài)試驗和各項性能檢測，解決了原配套進(jìn)口閥門(mén)使用壽命短的問(wèn)題。
參考文獻
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