研究生知识库

众所周知，在地壳及一定深度的板块俯冲带广泛存在高温高压地质流体-固体（包括矿物、岩石、固体有机质等）相互作用，该相互作用在约束地球内部物质的组成、结构构造、性状以及过程的发生与发展中扮演着极为重要的角色。高温高围压差异应力下水流体-固体相互作用大型实验平台以及组合高压釜实验装置是作者所在实验室目前正在研发、旨在模拟和探索浅部地壳水流体-固体相互作用的两种新类型高温高压实验平台。在该两种新类型的实验平台研发中，能适用较高温度和压力（600 ℃、100 MPa）水热环境的高温高压截止阀门是其中的核心部件之一。然而，目前国内外市场上该类核心部件在高压水热环境下所能达到的最高工作温度和压力只有 200 MPa、200 ℃，无法满足要求。因此，如何获得最高工作温度和压力可达到 600 ℃、100 MPa 的高压水热截止阀阀门即成了作者所在实验室研发上述两种新类型高压水热实验平台亟待解决的瓶颈问题。

基于上述背景，本毕业论文分三阶段铺开了用于较高工作温度和压力的高压水热截止阀阀门研发工作。主要工作和成果包括：

1、提出了与所在实验室目前正在研发的两种新类型高压水热实验平台具体特点兼容协调的特种截止阀阀门设计方案。主要包括：

（1）通过支撑杆将密封副延伸至低温区并以保证密封性；

（2）采用高温镍基合金材料以保证主要结构在高温时保持足够的强度；

（3）采用小口径阀针型截止阀的结构使阀门操作便捷；

（4）对上述设计方案的关键区域进行了解析计算与校核。

2、基于 SolidWorks 和 Ansys Workbench 软件，对上述设计方案进行了仿真计算。仿真结果表明，按上述设计方案制作出的截止阀门在 600 ℃、100 MPa 的

高压水热环境下工作时不会有安全风险。

3、为测试上述设计方案 1（1）和（3）的实际工艺性能，本论文工作使用耐高温不锈钢试制了阀门样机，并对其性能进行了测试。测试结果表明，样机的最高工作温度和压力可达到 341 ℃、100 MPa，同样压力条件下，在耐高温方面大大超出了目前国内外市场不锈钢产品的最高工作温度 200 ℃，说明本论文工作提出的上述设计方案 1（1）和（3）与目前国内外同类产品设计比较具有明显的优势。因此，可以预计，若按本论文工作提出的上述设计方案 1（1）和（3），且使用抗腐蚀性能与不锈钢相当但高温强度大大超出不锈钢的高温镍基合金来制作该阀门，其在水热环境下的最高工作温度和压力可望满足 600 ℃、100 MPa 的要求。