清华团队助力研发国内超大口径超高压力耐蚀楔式闸阀

超大口径超高压力耐蚀楔式闸阀具有流体阻力小、密封性能好、结构长度短、启闭省力、介质流动方向不受限制、全开时密封面受工作介质的冲蚀很小、制造工艺性较好等优点，适用于温度、压力较高的液体管道。但由于口径较大，设计和制造难度相应增大，一直制约着阀门行业的发展。

为解决这一问题，清华大学材料学院张弛研究员带领的高性能金属材料基因工程与增材制造团队（以下简称“团队”）依托乌镇实验室，以材料基因的思想和高端零部件的目标性能及先进制造工艺特性为基础，以多模态数据挖掘、多尺度多理论模拟计算、高通量测试表征等技术为核心手段，合理设计面向全寿命全流程的材料生产工艺，建立特征组织基元与核心性能目标的内在关系；并应用先进制造关键技术，联合阀毕威阀门有限公司在浙江丽水成功研制出48"-Class900超大口径超高压力耐蚀楔式闸阀，填补了国内阀门行业的空白。

图1. 数据和知识融合的智能化合金研发平台

超大口径超高压力耐蚀楔式闸阀是一种用于控制管道中介质流动的阀门，它较大的口径和较高的压力耐蚀性适用于多种介质，包括水、油、气以及各类腐蚀性介质。这种阀门的设计口径可以达到60英寸，压力等级可以达到150磅及以上。团队在运用材料基因思想搭建的数据和知识融合的智能化合金研发平台上，基于知识图谱的智慧大脑，采用API 600美国石油协会（American Petroleum Institute, API）标准设计，形成了该产品定制化的合金研发与产业化方案（工艺路线：铸造→热处理→机械加工→表面处理→组装和测试）。

图2.基于知识图谱的智慧大脑——合金研发与产业化应用方案

团队在设计和制造过程中通过有限元模拟分析，全方位分析阀门的强度、刚度、流量特性，保证阀门在大口径工作条件下的安全和性能。联合阀毕威阀门有限公司在制造过程中使用专门的安装，维护设施和区域来组装阀门，在阀体内腔采用环氧树脂喷涂工艺，阀体与闸板的导向筋经过特殊的硬化处理，提高了耐蚀及耐磨性，且阀门可以水平或者垂直安装，并使用专门的检测设备对阀门的性能、强度进行检测，成功研制了48"-Class900超大口径超高压力耐蚀楔式闸阀，并已规模化生产，形成了浙江丽水阀门行业的新质生产力，促进了地区和行业先进制造力的跃升。据悉，目前该产品已外售国外，成功应用于某国的海水处理项目。

图3.48"-Class900楔式闸阀组装制造