高温高压电站平板闸阀的设计与计算
序言现行600mw超临界机组主汽参数已达24．2mpa、温度538／566℃，1000mw超超临界机组主汽参数已达31mpa、593℃，主给水系统压力则更高。如此高参数自然对与之配套的电站阀门提出更高参数、更高可靠性的要求。闸阀以其承压高、工作温度高、双向密封、口径大、规格范围宽、密封可靠等一系列优点在这类机组得到广泛的应用。
这类阀门在火力发电站一般用于主蒸汽截止和隔离、主给水泵隔离、高压加热器隔离、汽轮机疏水系统等关键管线，控制高温高压汽水介质的有效切断或开启，其承压性能、密封性能、动作性能、使用寿命、维修周期等直接影响机组的可靠性、安全性，一旦发生故障，常常造成重大事故，严重威胁机组的安全运行。因为阀门故障的停机事故几乎每家电厂都曾发生。
二、产品现状及其存在问题
长期以来，国产电站闸阀仍然沿用七十年代“三化”设计的楔式双闸板或弹性闸板结构，如图1及图2所示为其典型设计结构。
现在许多亚临界机组还在使用，不少阀门厂家的主流设计也是这类结构。但多年的运行实践暴露出许多问题，具体归纳如下：
1．启闭力矩较大
楔式闸板虽具有强制密封的特点，然而开启瞬间存在很大静摩擦力，使得开启力矩很大，必须配置较大功率的电动执行装置，才能保证正常启闭，无形中增加制造及运行成本；同时过大的关闭力矩极易造成密封面或阀门承载零件的损坏，缩短阀门使用寿命。
2．高温楔死
高温状态下，材料强度大大降低，密封面硬度下降后密封副处于胶合粘滞状态，此时如关闭力矩调试不当，加上阀杆的热膨胀，会使密封面比压急剧增加，极易造成所谓的闸板与阀座的“咬死”。此时如强制开启动作，密封面极易被拉伤引起泄漏，甚至拉断阀杆或闸板t形槽。
3．电装调试要求极为苛刻
对传统楔式闸阀，无论是手动阀门还是电动阀门，一般均未考虑开关指示装置，也无法精确设置开关位置点，用户操作与调试只能凭经验与手感进行，不是过紧就是过松，过紧会导致咬死或擦伤密封面，过松则易引发内漏。很难准确调正位置，为阀门故障埋下先天隐患。
4．下游侧密封面极易擦伤
这类阀门的典型故障是闸板下游侧密封面极易擦伤，引发早期内漏。此现象在大口径或高压差阀门中*为普遍。主要原因有：密封面高温胶合粘滞导致比压下降、高压差不平衡力作用于单侧密封面、启闭瞬间的摩擦力擦伤等多重因素。
5．铸造壳体，内在缺陷很多，外漏隐患严重
壳体材料通常采用wcb、wc6、zg20crmov类材料制造，铸件的工艺水平限制，其内在缺陷极多，一般拍片检查很难面面俱到。砂眼、缩孔、裂纹等缺陷大量存在，为外漏、爆管等事故埋下隐患；
6．闸板零件较多，闸板易脱落，结构可靠性不强
闸板组件由上下托板、左右闸板、闸板架、顶心等十余个零件组成，结构松散，运行中发现问题有：阀杆根部退刀槽或销子孔处断裂、闸板脱落、闸板架断裂等故障；
7．中腔超压隐患
中腔超压（文献1，2）问题原设计未采取任何措施，即使现在仍有许多电厂或阀门生产厂仍未引起重视。发生时虽然具有偶然性，但它不以我们的忽视而隐退，也许就在你的眼皮底下发生。电厂的许多工况均构成产生“中腔异常超压”的要件，采取措施消除隐患已责无旁贷。
8．加工制造精度要求较高
尤其是z60y类弹性闸板，两侧密封面角度要求，一般企业只能配作，产品无互换性，使得电厂无法现场更换，维修的技术工艺性要求。一旦密封面损伤，现场无从解决，用户颇有微词。
三、平板闸阀产品特点
针对楔式闸板阀的缺陷，结合国内外闸阀的设计进展，我公司改进传统楔式闸板结构为平行闸板结构，近年来运用于主蒸汽及主给水工况取得了满意的效果。
图3为新型平板锻钢闸阀结构设计简图，与楔式闸板闸阀相比具有以下特点：
1.启闭力矩低
平板式闸板依靠介质压力作为主要密封力，开启式先行开启旁路阀门，降低进出口压差，使得密封面摩擦力大大降低，既保护了密封面又降低了开启力矩，减小电装功率，降低制造成本。
2.高温高压电站平板闸阀密封面寿命长
旁路设计实现了无压差启闭，由单侧压差引起的密封面摩擦力得以消除，启闭阶段仅有弹簧预紧力作用于密封面，因而密封面得到有效的保护，避免了早期擦伤等破坏，有效地延长了使用寿命，提高了密封可靠性。
3.2.密封面寿命长
旁路设计实现了无压差启闭，由单侧压差引起的密封面摩擦力得以消除，启闭阶段仅有弹簧预紧力作用于密封面，因而密封面得到有效的保护，避免了早期擦伤等破坏，有效地延长了使用寿命，提高了密封可靠性。
3.高温高压电站平板闸阀特别适用高温高压
平板式闸板副不会发生高温楔死现象，对温差变化的适应性也很好，压力越高密封性越好，这些特点对高温高压的电站阀门尤其适用。
4.安全性大大提高
阀门设计了开关位置指示及限制装置，不会发生开关过头现象；设计了旁路启闭装置，有效平衡启闭压差，降低阀座及闸板密封面的不平衡力；
左侧闸板开设有泄压孔，中腔升压自动泄放至上游侧，使阀体自动处于正常受压状态。阀体采用锻钢制造，高温高压无外漏隐患；
5.高温高压电站平板闸阀易维护
阀杆驱动力很小，易磨损的密封副及阀杆螺母副等零件受力情况大为改善。密封面制造或现场维修也很方便，无苛刻的角度配作要求。
6.电装调试很简单
很多电动阀门故障由电装调试不当引起，平板闸阀仅须控制行程即可，减少许多人为故障因素，*地降低对用户的苛刻要求，方便现场操作，降低了产品的安装及运行维护要求。
7.高温高压电站平板闸阀旋插式闸板设计
采用新型旋插式闸板结构设计，结构紧凑，零件较少，结构可靠，消除闸板脱落隐患。
特别适用高温高压
平板式闸板副不会发生高温楔死现象，对温差变化的适应性也很好，压力越高密封性越好，这些特点对高温高压的电站阀门尤其适用。
4.安全性大大提高
阀门设计了开关位置指示及限制装置，不会发生开关过头现象；设计了旁路启闭装置，有效平衡启闭压差，降低阀座及闸板密封面的不平衡力；
左侧闸板开设有泄压孔，中腔升压自动泄放至上游侧，使阀体自动处于正常受压状态。阀体采用锻钢制造，高温高压无外漏隐患；
5.易维护
阀杆驱动力很小，易磨损的密封副及阀杆螺母副等零件受力情况大为改善。密封面制造或现场维修也很方便，无苛刻的角度配作要求。
6.电装调试很简单
很多电动阀门故障由电装调试不当引起，平板闸阀仅须控制行程即可，减少许多人为故障因素，*地降低对用户的苛刻要求，方便现场操作，降低了产品的安装及运行维护要求。
7.旋插式闸板设计
采用新型旋插式闸板结构设计，结构紧凑，零件较少，结构可靠，消除闸板脱落隐患。
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二、产品现状及其存在问题
长期以来，国产电站闸阀仍然沿用七十年代“三化”设计的楔式双闸板或弹性闸板结构，如图1及图2所示为其典型设计结构。
现在许多亚临界机组还在使用，不少阀门厂家的主流设计也是这类结构。但多年的运行实践暴露出许多问题，具体归纳如下：
1．启闭力矩较大
楔式闸板虽具有强制密封的特点，然而开启瞬间存在很大静摩擦力，使得开启力矩很大，必须配置较大功率的电动执行装置，才能保证正常启闭，无形中增加制造及运行成本；同时过大的关闭力矩极易造成密封面或阀门承载零件的损坏，缩短阀门使用寿命。
2．高温楔死
高温状态下，材料强度大大降低，密封面硬度下降后密封副处于胶合粘滞状态，此时如关闭力矩调试不当，加上阀杆的热膨胀，会使密封面比压急剧增加，极易造成所谓的闸板与阀座的“咬死”。此时如强制开启动作，密封面极易被拉伤引起泄漏，甚至拉断阀杆或闸板t形槽。
3．电装调试要求极为苛刻
对传统楔式闸阀，无论是手动阀门还是电动阀门，一般均未考虑开关指示装置，也无法精确设置开关位置点，用户操作与调试只能凭经验与手感进行，不是过紧就是过松，过紧会导致咬死或擦伤密封面，过松则易引发内漏。很难准确调正位置，为阀门故障埋下先天隐患。
4．下游侧密封面极易擦伤
这类阀门的典型故障是闸板下游侧密封面极易擦伤，引发早期内漏。此现象在大口径或高压差阀门中*为普遍。主要原因有：密封面高温胶合粘滞导致比压下降、高压差不平衡力作用于单侧密封面、启闭瞬间的摩擦力擦伤等多重因素。
5．铸造壳体，内在缺陷很多，外漏隐患严重
壳体材料通常采用wcb、wc6、zg20crmov类材料制造，铸件的工艺水平限制，其内在缺陷极多，一般拍片检查很难面面俱到。砂眼、缩孔、裂纹等缺陷大量存在，为外漏、爆管等事故埋下隐患；
6．闸板零件较多，闸板易脱落，结构可靠性不强
闸板组件由上下托板、左右闸板、闸板架、顶心等十余个零件组成，结构松散，运行中发现问题有：阀杆根部退刀槽或销子孔处断裂、闸板脱落、闸板架断裂等故障；
7．中腔超压隐患
中腔超压（文献1，2）问题原设计未采取任何措施，即使现在仍有许多电厂或阀门生产厂仍未引起重视。发生时虽然具有偶然性，但它不以我们的忽视而隐退，也许就在你的眼皮底下发生。电厂的许多工况均构成产生“中腔异常超压”的要件，采取措施消除隐患已责无旁贷。
8．加工制造精度要求较高
尤其是z60y类弹性闸板，两侧密封面角度要求，一般企业只能配作，产品无互换性，使得电厂无法现场更换，维修的技术工艺性要求。一旦密封面损伤，现场无从解决，用户颇有微词。
三、平板闸阀产品特点
针对楔式闸板阀的缺陷，结合国内外闸阀的设计进展，我公司改进传统楔式闸板结构为平行闸板结构，近年来运用于主蒸汽及主给水工况取得了满意的效果。
图3为新型平板锻钢闸阀结构设计简图，与楔式闸板闸阀相比具有以下特点：
1.启闭力矩低
平板式闸板依靠介质压力作为主要密封力，开启式先行开启旁路阀门，降低进出口压差，使得密封面摩擦力大大降低，既保护了密封面又降低了开启力矩，减小电装功率，降低制造成本。
2.高温高压电站平板闸阀密封面寿命长
旁路设计实现了无压差启闭，由单侧压差引起的密封面摩擦力得以消除，启闭阶段仅有弹簧预紧力作用于密封面，因而密封面得到有效的保护，避免了早期擦伤等破坏，有效地延长了使用寿命，提高了密封可靠性。
3.2.密封面寿命长
旁路设计实现了无压差启闭，由单侧压差引起的密封面摩擦力得以消除，启闭阶段仅有弹簧预紧力作用于密封面，因而密封面得到有效的保护，避免了早期擦伤等破坏，有效地延长了使用寿命，提高了密封可靠性。
3.高温高压电站平板闸阀特别适用高温高压
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左侧闸板开设有泄压孔，中腔升压自动泄放至上游侧，使阀体自动处于正常受压状态。阀体采用锻钢制造，高温高压无外漏隐患；
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阀杆驱动力很小，易磨损的密封副及阀杆螺母副等零件受力情况大为改善。密封面制造或现场维修也很方便，无苛刻的角度配作要求。
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