首先,應(yīng)考慮閥門的主要部件應(yīng)能承受持久的或瞬間的很大的溫度變化而引起的應(yīng)力;而且在壓力和溫度交變下的各種載荷的作用力,不應(yīng)出現(xiàn)明顯的彈塑性變形。設(shè)計(jì)時(shí)除了對(duì)閥體、閥蓋進(jìn)行常規(guī)的強(qiáng)度計(jì)算外,還應(yīng)采用有限元應(yīng)力分析和抗振分析等來確保閥門產(chǎn)品的可靠性,所以LNG超低溫蝶閥均以低碳奧氏體不銹鋼（CF3、CF3M）為主體材料,其耐低溫性、耐壓性、耐磨、耐蝕、焊接性、強(qiáng)度、沖擊韌度、相對(duì)伸長率及組織穩(wěn)定性等均優(yōu)于其他材質(zhì)。其次,在滿足強(qiáng)度、剛度要求的情況下,應(yīng)力求零件的重量小,以減小熱傳導(dǎo)損失。再次,由于低溫工況下閥體所承受的溫度應(yīng)力、連接管道的膨脹和收縮附加應(yīng)力都很大,為了防止低溫時(shí)應(yīng)力集中的脆性破壞,殼體中的尖角、凹槽等應(yīng)盡量避免。更重要的是閥體、蝶板、加長部分以及內(nèi)件等零件在精加工前必須進(jìn)行深冷處理,以消除相變的影響,否則在低溫下會(huì)發(fā)生馬氏體相變,引起閥門變形,導(dǎo)致閥門泄漏。

LNG超低溫蝶閥的閥桿填料壓套加長部分長度選定應(yīng)根據(jù)流體介質(zhì)和是否使用冷箱而設(shè)計(jì)*化的長度,以改進(jìn)在工況環(huán)境中的低溫閥門性能。在標(biāo)準(zhǔn)BS6364、MSSSP-134和文獻(xiàn)均對(duì)閥桿填料壓套加長部分進(jìn)行了規(guī)定。BS6364帶冷箱的填料壓套加長部分只規(guī)定了DN100～DN500的長度,其長度zui長;除冷箱用閥門外,其他用途的閥門其填料壓套加長部分zui小長度應(yīng)為250mm。MSS-SP-134則規(guī)定了DN15～DN300帶冷箱和非冷箱的長度,比較而言,非冷箱長度比BS6364規(guī)定長,帶冷箱長度要短于BS6364規(guī)定。則沒有對(duì)帶冷箱和非冷箱進(jìn)行區(qū)分,其長度是zui短的,但它針對(duì)溫度范圍不同制定了相應(yīng)的長度。而實(shí)際應(yīng)用中,各個(gè)設(shè)計(jì)院又各有規(guī)定。綜合考慮,BS6364其加長長度比較可靠,如用于超低溫關(guān)鍵場合可參考BS6364標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)或按設(shè)計(jì)院特殊長度進(jìn)行設(shè)計(jì)。而一般低溫的可參照設(shè)計(jì)手冊(cè)的長度進(jìn)行設(shè)計(jì),這樣對(duì)減少閥門制作時(shí)材料的投入是非常有效的。當(dāng)然*設(shè)計(jì)還應(yīng)該考慮加長部分的厚度能否滿足驅(qū)動(dòng)裝置所產(chǎn)生的操作扭矩、其他應(yīng)力以及熱損失等,如果是優(yōu)化設(shè)計(jì)則只能通過試驗(yàn)或有限元熱分析來確定其*長度。

閥門的密封性能是其質(zhì)量優(yōu)劣的主要指標(biāo)。首先是外漏,由于該閥門采用對(duì)焊連接方式,無疑減少了泄漏點(diǎn),在填料密封部位我們對(duì)閥桿與填料函的精度都進(jìn)行嚴(yán)格控制,并選用了德國EagleBurgmann公司生產(chǎn)的9650/HT低逸散組合式閥桿填料,使填料密封滿足TA-Luft標(biāo)準(zhǔn)。而內(nèi)漏主要原因是密封件的剛度以及低溫狀態(tài)下的變形所致,所以對(duì)內(nèi)件進(jìn)行剛度校核、加工精度控制以及深冷處理是非常重要的。深冷處理必須在精加工之前進(jìn)行,并且深冷處理應(yīng)該使零件溫度達(dá)到-196℃后,保溫2～6h,自然處理到室溫,重復(fù)循環(huán)兩次。

1.閥體

由于蝶閥的密封副均位于流體之中,長時(shí)間的運(yùn)行必然導(dǎo)致密封圈的磨損,隨之而來的是閥門密封性能下降,因此對(duì)焊連接蝶閥的維修是一個(gè)必須解決的問題。傳統(tǒng)的蝶閥維修有兩種方法,一種是直接將整個(gè)閥體從管線上卸下,才能從側(cè)向取出進(jìn)行密封機(jī)構(gòu)的更換;另一種是在閥門頂部設(shè)有閥蓋,在維修時(shí),將整個(gè)閥蓋連同蝶板、閥桿等機(jī)構(gòu)整體從閥體中取出,實(shí)現(xiàn)蝶板密封件的在線更換。顯然采用對(duì)焊結(jié)構(gòu),前一種閥門只能將管道切割才能維修,其成本和效果較差;而后一種維修也比較困難,并且不易保證精度。因此,在研制LNG超低溫蝶閥時(shí),在閥體上設(shè)置了檢修孔,既能實(shí)現(xiàn)不用將整個(gè)閥體從流體管線中拆卸下來,也不需將閥桿和閥瓣有連接的部件都拆卸下來,即可更換閥體上的閥座和閥瓣的密封件,使閥門在線維修變得更方便、快捷。

2.密封副

閥體上的閥座依靠鑲嵌在閥體槽內(nèi)的壓環(huán)和螺釘固定于閥體上,蝶板主要由蝶板本體、壓板以及密封件組合而成,閥座與蝶板上的密封件構(gòu)成密封副。由于LNG常壓下的溫度為-162℃,因此密封副的設(shè)計(jì)采用了金屬與非金屬材料復(fù)合結(jié)構(gòu)形式,如圖2所示。

3.閥門填料

德國EagleBurgmann公司生產(chǎn)的9650/HT低逸散組合式閥桿填料,其端環(huán)采用碳纖維編織盤根,中部密封環(huán)采用高純度石墨帶模壓成形,通過杯錐狀結(jié)構(gòu)和徑向擴(kuò)張?zhí)匦?使其密封性能大大提高,滿足TA-Luft標(biāo)準(zhǔn)。