迷宫式调节阀广泛使用于超(超)临界火电机组中，作为锅炉过程控制装备中最重要的元件之一，其性能优劣直接影响整个锅炉系统的正常运行。尤其随着火电机组主要参数的不断提升，对调节阀整体性能的要求也越来越高，调节阀的发展也成为现代电力工业进步的重要一环，对此国内外许多专家、学者以及工程技术人员对调节阀进行了仔细长期的研究。庄乾伟等人在汽轮机高压调节阀开度和燃料量基本不变情况下，根据锅炉特性动态调整给水流量，实现主汽温度平稳变化的主要目标，有效地提高高加跳闸后机组的安全性。胡建等人向藕合，采用了计算流体力学及计算固体力学结合的方式，研究其流固藕合特性，为实现高压差迷宫式调节阀的精确调节提供仿真实验数据，同时有利于实现更为精确的结构分析，对高压差迷宫式阀门的安全性能提升提供了参考。
因此，调节阀在高温高压工况下的安全性是需要着重考虑的地方。本文作者对调节阀在工况下的应力分布情况进行校核和评价，为迷宫阀的设计及优化提供参考，保证阀门安全稳定地运行。
1阀门结构与分析
本文作者所研究的某型号超(超)临界机组锅炉主给水旁路迷宫式调节阀，主要由阀体、阀杆、阀盖、阀芯、阀座、迷宫碟片压套、迷宫碟片组件等零件构成，结构如图1所示。工作时介质进入调节阀后，分别从两个入口进入迷宫碟片组件经转折后节流调压汇聚至同一出口。当需要调节阀门流量时，通过控制阀杆带动阀瓣升降来改变迷宫碟片的流通面积，从而达到控制管路流量及压力的目的。
图1 迷宫阀剖面示意图
对阀门进行三维建模以及网格划分，并对阀座、碟片组件等关键部分进行网格加密处理，得到网格数为98 864，节点数45 794，网格质量参数在0. 90以
上。且经过网格无关性验证，增加此模型网格数量并不会提高计算结果的精度，故网格划分是合理的。网格划分如图2所示。
图2 阀体网格模型图
2阀体温度场计算
2. 1温度场计算方法
对各个零件的材料物性参数进行设置。迷宫阀流通介质为高温高压水，设计工况温度为360 0C o阀门各个零部件在高温的条件下必然会发生热膨胀，而由于外部与空气换热，导致阀门温度分布不均，因此热膨胀会导致阀门零件承受较大的热应力。对阀门进行温度场计算能考虑热应力因素带来的影响，减少计算误差，因此十分必要。
传热计算有3种边界条件，对于文中研究的迷宫阀，阀门内壁管道与360℃的水直接接触，介质源源不断地流经腔体内部。因此计算时可以假设介质与腔
体之间处于热平衡状态，即可在阀门腔体内壁直接施加温度为360℃的边界条件。而阀门构件之间发生接触的区域默认进行热传导，部分零件之间须设置绑定接触。阀外壁面处于常温(22 0C)环境中，与空气直接接触形成对流换热，而阀体材料与空气对流换热系数是非线性关系，通过查取若干个温度下的对流换热系数后拟合得到特征曲线，从而对阀体温度变化与换热系数的关系进行定义。特征曲线如图3所示。
图3 阀体与空气对流换
热系数变化曲线
2. 2温度场计算结果
对传热模型进行一定程度的简化，其中阀盖与阀体之间的法兰螺栓连接结构将在前处理中利用绑定接触来代替，10级迷宫碟片之间也采用绑定接触，除
此之外其他不会产生相对运动的焊接结构均采用此类接触条件，以消除计算时部件之间的相对位移。阀
盖、压套、碟片组件以及阀座之间在压力作用下可能发生偏移，且摩擦因数忽略不计，故采用无摩擦接触。
将模型导入前处理模块中设置导热系数、换热系数以及边界条件并求解计算，得到如图4和图5所示的阀门整体温度场云图。
从图4一图5可知:与介质直接接触的阀内腔部分温度均在360℃左右，并随着热量传导呈现一定的下降梯度。其中阀体、压套、阀瓣以及阀座的温度较
高，在阀门设计时应充分考虑材料的高温性能以及散热形式，阀体可改进为加长型，增大散热面积。阀盖部分距离热源较远，温度梯度较大，阀盖上端及阀杆部分温度在40℃左右，符合阀门执行结构的安装使用条件。
图4 阀门温度分布半剖图
图5 阀门温度分布侧视图
3阀门结构应力计算
3. 1应力场计算方法
阀门作为特殊的一类承压容器，在满足基本使用功能的前提下，必须要注重阀门的结构安全性。其中文中所述迷宫式调节阀的工作介质为高温高压水，设
计压力为30 MPa>温度为360 0C。阀门同时受热力载荷以及机械载荷的作用，所以文中将对阀门进行热力藕合分析，并着重分析等效应力较大的零件，给出
其各个方向上的危险路径，依据压力容器分析设计标准进行强度校核叼。
图6为阀门在热力藕合作用下的等效Miser应力云图，其中可见阀瓣、阀盖以及压套等组件应力值相对较小，而阀体内腔、阀座、碟片组件等直接承压构
件应力较大，最大Miser应力出现在阀座下端面处，其他阀内壁拐角处应力也相对较大，应着重进行分析。
图6 阀门等效应力分布云图
分别对阀体、阀瓣、阀盖、压套、碟片组件和阀座的等效Miser应力分布云图进行分析，阀体、阀座以及碟片组件的最大等效应力值相对较高，应着重分
析。因此图7一图9分别给出阀体、阀盖和碟片组件的等效Miser应力分布云图。可知:阀体进出口段与上下腔体的连接处以及各部件间的接触端面都出现了
相对较高的应力，这可能是由于接触面间热膨胀不能自由位移而形成应力过高。
图8 阀座等效应力分布云图
图9 碟片组件等效应力分布云图
根据JB4732-1995《钢制压力容器:分析设计标准》，对于这些应力较高的地方，将各应力分量沿应力分布线进行当量化处理，同时提取危险路径上一次
3. 2应力场计算结果
由于阀门的其余零件实际应力都远小于许用应力，因此只选取阀体、碟片组件和阀座的应力分析评价结果。从表2可知:阀座的一次局部薄膜应力超过了材料的许用值，一次薄膜加弯曲应力S。接近许用值。对阀座进行分析可知，阀座位于迷宫芯包和阀体之间，结构上承压面较多且厚度较小，轴向及径
向膨胀位移均受到约束，导致在内压作用下等效应力过高。考虑到阀座结构的特殊性，可以从选用强度较高的材料和增加阀座承压厚度上着手。迷宫阀的其他零件通过分析评价可知安全余量均很大，能够适应工况的需求安全性较高。
