Патрабаванні да выкарыстання і ўшчыльнення нізкатэмпературнага клапана, як выбраць матэрыял нізкатэмпературнага клапана

Патрабаванні да выкарыстання і ўшчыльнення нізкатэмпературнага клапана, як выбраць матэрыял нізкатэмпературнага клапана

2. Уплыў нізкай тэмпературы на герметычнасць клапана
2.1 Неметалічныя ўшчыльняльныя пары
У шаравых кранах і дросельных засаўках, якія працуюць пры пакаёвай тэмпературы, звычайна выкарыстоўваюцца ўшчыльняльныя пары металу і неметалічнага матэрыялу. З-за высокай эластычнасці неметалічных матэрыялаў удзельны ціск, неабходны для герметызацыі, невялікі, таму герметычнасць добрая. Аднак пры нізкай тэмпературы, паколькі каэфіцыент пашырэння неметалічных матэрыялаў значна большы, чым у металічных матэрыялаў, усаджванне пры нізкай тэмпературы і ўсаджванне металічных ушчыльненняў, корпусаў клапанаў і іншых частак значна адрозніваюцца, што прыводзіць да сур'ёзнае зніжэнне удзельнага ціску ўшчыльнення і вынік ўшчыльнення не можа быць запячатаны. Большасць неметалічных матэрыялаў цвярдзеюць і становяцца далікатнымі пры крыягенных тэмпературах, губляючы трываласць, што прыводзіць да халоднага цячэння і паслаблення напружання. Такія, як гума пры тэмпературы ніжэй, чым тэмпература яе шкла, цалкам страцяць эластычнасць, стануць шкловатымі, страцяць герметычнасць. Акрамя таго, гума не можа быць выкарыстана для клапанаў СПГ, таму што яна пашырае бурбалкі ў асяроддзі СПГ. Такім чынам, у цяперашні час пры распрацоўцы нізкатэмпературнага клапана агульная тэмпература ніжэй за -70 ℃ больш не выкарыстоўвае неметалічныя ўшчыльняючыя дапаможныя матэрыялы або неметалічныя матэрыялы праз спецыяльны працэс пераўтварэння металічных і неметалічных кампазітных структур.
Згодна з замежнымі запісамі, некаторыя неметалічныя матэрыялы могуць добра выкарыстоўвацца ў крыягенным стане. У 1970-х гадах новы пластык ад Irish Alloy Co., LTD. быў «сліп-шод», які быў разнавіднасцю поліэтылену са звышвысокай малекулярнай масай, які меў добрую трываласць пры тэмпературы -269 °C, не ламаўся пры пэўных ударных нагрузках, і захавалі значную зносаўстойлівасць. Майларавы пластык, распрацаваны ў Францыі, усё яшчэ даволі эластычны пры тэмпературы вадкага вадароду (-253 ℃). Полікарбанатны трымальнік пячаткі Г. Т. Ламаненкі з былога Савецкага Саюза быў выпрабаваны ў вадкім азоце (-196 ℃). Дадзеныя паказваюць, што полікарбанат валодае добрым герметычным эфектам пры нізкіх тэмпературах.
2.2 Пара металічных пломбаў
Ва ўмовах нізкай тэмпературы трываласць і цвёрдасць металічных матэрыялаў павялічваюцца, пластычнасць і трываласць зніжаюцца, дэманструючы розную ступень нізкатэмпературнай халодна-ломкай з'явы, якая сур'ёзна ўплывае на прадукцыйнасць і бяспеку клапана. Для прадухілення далікатнага разбурэння матэрыялаў пры нізкіх тэмпературах пры распрацоўцы нізкатэмпературных клапанаў звычайна выкарыстоўваюцца матэрыялы з ферытнай нержавеючай сталі, калі тэмпература вышэй за -100 ℃, а калі тэмпература ніжэй за -100 ℃, клапан корпус, вечка клапана, стрыжань клапана і ўшчыльняльнае сядзенне ў асноўным выкарыстоўваюцца з гранецэнтрыраванай кубічнай рашоткай з аўстэнітнай нержавеючай сталі, медзі і медзі сплаў, алюміній і алюмініевы сплаў і г.д. Але паколькі цвёрдасць алюмінія і алюмініевага сплаву невысокая, устойлівасць да ізаляцыі і ўстойлівасць да ізаляцыі ўшчыльняльнай паверхні дрэнныя, таму яны рэдка выкарыстоўваюцца ў нізкатэмпературным клапане. Як правіла, выкарыстоўваюць матэрыялы з аўстэнітнай нержавеючай сталі, звычайна выкарыстоўваюцца 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2(304, 316L) і г.д., гэтыя матэрыялы не маюць нізкатэмпературнай халодналомкай крытычнай тэмпературы, пры нізкіх тэмпературных умовах усё яшчэ могуць падтрымліваць высокую трываласць.
Аднак аўстэнітная нержавеючая сталь у якасці дапаможнага матэрыялу металічнага ўшчыльнення клапана пры нізкіх тэмпературах таксама мае некаторыя недахопы. Паколькі большасць з гэтых матэрыялаў знаходзяцца ў метастабільным стане пры пакаёвай тэмпературы, аўстэніт у матэрыяле ператвараецца ў мартэнсіт, калі тэмпература апускаецца ніжэй кропкі фазавага пераходу (MS). Для аб'ёмнацэнтрыраванай кубічнай рашоткі мартэнсіту шчыльнасць меншая, чым шчыльнасць гранецэнтрыраванай кубічнай рашоткі аўстэніту, і паколькі некаторыя атамы вугляроду арганізуюць рэгуляванне становішча аб'ёмнацэнтрыраванай кубічнай рашоткі, расце рашотка ўздоўж восі C, такім чынам, павелічэнне аб'ёму змяняецца. выкліканае ўнутраным напружаннем, зрабіць першапачаткова пасля шліфавання адпавядаюць патрабаванням ўшчыльнення ўшчыльняльнай паверхні дэфармацыі выпучвання, што прыводзіць да адмовы ўшчыльнення.
У дадатак да дэфармацыйнага разбурэння ўшчыльняльнай паверхні, выкліканага нізкатэмпературным фазавым ператварэннем, з-за розніцы тэмператур кожнай часткі або розніцы фізічных уласцівасцей паміж рознымі матэрыяламі, што прыводзіць да нераўнамернай ўсаджвання, таксама будзе адбывацца напружанне ад змены тэмпературы. Калі напружанне ніжэй мяжы пругкасці матэрыялу, на ўшчыльняльнай паверхні ўзнікае зварачальная пругкая дэфармацыя. Калі тэмпературнае напружанне дэталі перавышае мяжу цякучасці матэрыялу, дэталі будуць мець незваротнае скажэнне і дэфармацыю, што таксама прывядзе да паломкі ўшчыльняльнай паверхні і паўплывае на эфект ушчыльнення.
Улічваючы ўплыў нізкай тэмпературы на металічную ўшчыльняльную пару, неабходна прыняць адпаведныя меры, каб зрабіць дэфармацыю металічнай ушчыльняльнай паверхні невялікай, інакш дэфармацыя ўшчыльняльнай паверхні мала ўплывае на характарыстыкі ўшчыльнення. Па-першае, з пункту гледжання матэрыялаў, мы павінны старацца выбіраць матэрыялы з высокай стабільнасцю металаграфічнай структуры (напрыклад, 316L, але з высокім коштам). Па-другое, корпус, вечка, шток, ушчыльненне і іншыя аўстэнітныя матэрыялы, вырабленыя з дэталяў, павінны быць апрацаваны пры нізкай тэмпературы, каб мартэнсітнае пераўтварэнне і дэфармацыя матэрыялу былі цалкам праведзены перад аздабленнем. Тэмпература нізкатэмпературнай апрацоўкі павінна быць ніжэй, чым тэмпература змены фазы матэрыялу (MS) і ніжэй, чым фактычная рабочая тэмпература клапана, а час апрацоўкі павінен складаць 2 ~ 4 гадзіны. Пры неабходнасці можа быць праведзена шматразовая нізкатэмпературная апрацоўка або адпаведная апрацоўка старэння. У дадатак да вышэйпералічаных мер, канструктыўная канструкцыя таксама павінна быць разгледжана, каб паменшыць уплыў дэфармацыі ўшчыльняльнай паверхні на прадукцыйнасць ушчыльнення, напрыклад, у канструкцыі засаўкі, шаравых кранаў і матылькоў можна разгледзець магчымасць выкарыстання пругкай ушчыльняльнай структуры, так што што нізкатэмпературная дэфармацыя можа быць часткова кампенсавана. Для запорнага клапана павінна быць канічная структура ўшчыльнення, так што нізкая тэмпература дэфармацыі на ўшчыльняльнай паверхні невялікага ўздзеяння.
3. Уплыў нізкай тэмпературы на ўшчыльненне клапана
3.1 Упакоўка штока
З-за дэфектаў гумовага матэрыялу пры нізкай тэмпературы і халоднай крохкасці і сур'ёзнага халоднага цячэння большасці неметалічных матэрыялаў, канструкцыя ўшчыльнення паміж штокам і корпусам клапана нізкатэмпературнага клапана не можа выкарыстоўваць форму ўшчыльняльнага кольца, можа выкарыстоўвайце толькі ўшчыльняльную канструкцыю ўпаковачнай скрынкі і сильфонную ўшчыльняльную структуру. Звычайнае сильфонное ўшчыльненне выкарыстоўваецца ў асяроддзі, не дапускае слядоў уцечкі і не падыходзіць для ўпакоўкі, тэрмін службы яго аднаслаёвай структуры вельмі кароткі, кошт шматслаёвай структуры высокі, апрацоўка складаная, таму звычайна не выкарыстоўваецца.
Ушчыльняльная канструкцыя сальніка простая ў вырабе і апрацоўцы, простая ў абслугоўванні і замене і даволі часта сустракаецца ў практычным прымяненні. Аднак агульная працоўная тэмпература ўпакоўкі не можа быць ніжэй за -40 ℃. Каб забяспечыць герметычнасць упакоўкі, прылада ўпаковачнай скрынкі нізкатэмпературнага клапана павінна працаваць пры тэмпературы, блізкай да тэмпературы навакольнага асяроддзя. Пры нізкай тэмпературы з паніжэннем тэмпературы эластычнасць напаўняльніка паступова знікае, а герметычнасць зніжаецца. З-за ўцечкі носьбіта, выкліканай упакоўкай і лёдам штока клапана, паўплывае на нармальную працу штока клапана, але таксама з-за руху штока клапана будзе драпіна на ўпакоўцы, што прывядзе да сур'ёзнай уцечкі. Такім чынам, у нармальных умовах нізкатэмпературная ўпакоўка клапана павінна працаваць пры тэмпературы вышэй за 0 ℃, што патрабуе распрацоўкі канструкцыі вечка клапана з доўгай гарлавінай, каб упаковачная скрынка была далей ад нізкатэмпературнай асяроддзя, і выбар упакоўкі з нізкімі тэмпературнымі характарыстыкамі. Звычайна выкарыстоўваюцца напаўняльнікі з політэтрафторэтылену, азбесту, прасякнутай азбеставай вяроўкі з політэтрафторэтылену і гнуткага графіту, сярод якіх, паколькі азбест не можа пазбегнуць уцечкі пранікальнасці, каэфіцыент лінейнага пашырэння політэтрафторэтылену вельмі вялікі, з'ява халоднага патоку сур'ёзная, таму звычайна не выкарыстоўваецца. Гнуткі графіт з'яўляецца выдатным герметычным матэрыялам, газ і вадкасць непранікальныя, ступень сціску больш за 40%, пругкасць больш за 15%, рэлаксацыя напружання менш за 5%, ніжні ціск мацавання можа быць запячатаны. Ён таксама мае самазмазвальныя здольнасці, выкарыстоўваецца ў якасці ўшчыльняльніка клапана і можа эфектыўна прадухіляць знос ушчыльнення і штока клапана, яго характарыстыкі ўшчыльнення, відавочна, лепшыя, чым традыцыйны азбеставы матэрыял, таму гэта адзін з самых выдатных ушчыльняючых матэрыялаў.
Паколькі напаўняльнік звычайна з'яўляецца неметалічным матэрыялам, каэфіцыент лінейнага пашырэння значна большы, чым у металічнай напаўняльнай скрынкі і штока клапана. Такім чынам, калі ўпакоўка, сабраная пры пакаёвай тэмпературы, апускаецца да пэўнай тэмпературы, яе ўсаджванне больш, чым у адтуліны ўпакоўкі і штока клапана, што можа выклікаць уцечку з-за зніжэння ціску папярэдняй нагрузкі. У канструкцыі ніт сальніка можа быць папярэдне загружаны некалькімі групамі пракладак дыскавай спружыны, так што сіла папярэдняга нацягвання ўпакоўкі пры нізкай тэмпературы можа бесперапынна кампенсавацца для забеспячэння эфекту ўшчыльнення ўпакоўкі.
Камбінаванае ўшчыльненне штока з нізкай уцечкай, вырабленае кампаніяй Garlock у Злучаных Штатах, канцавое кольца зроблена з кораня дыска з вугляродным валакном, ушчыльняльнае кольца зроблена з алмазнай тэкстуры графітавай паласы высокай чысціні, праз структуру кубка і конуса і радыяльнае пашырэнне характарыстыкі, так што прадукцыйнасць герметызацыі паляпшаецца.
Нізкая тэмпература дэфармацыі матэрыялу сцябла таксама паўплывае на ўшчыльненне ўпакоўкі. Такім чынам, гэтак жа, як корпус клапана, вечка клапана, ушчыльняючыя дапаможныя матэрыялы, стрыжань таксама павінен быць крыягеннай апрацоўцы пасля аздаблення, каб зрабіць дэфармацыю пры нізкай тэмпературы невялікай. Акрамя таго, паколькі аўстэнітная нержавеючая сталь, якая выкарыстоўваецца ў крыягенным матэрыяле стрыжня, ​​не паддаецца тэрмічнай апрацоўцы для паляпшэння цвёрдасці паверхні, злучэнне паміж стрыжнем і набіваннем, хутчэй за ўсё, можа пашкодзіць адзін аднаго, што прывядзе да ўцечкі на ўпакоўцы. Такім чынам, паверхня сцябла павінна быць пакрыта цвёрдым хромам або нітрыдам, каб палепшыць цвёрдасць паверхні.
3.2 Пракладка сярэдняга фланца
Як сярэдняе ўшчыльненне фланца клапана, так і знешняе злучэнне клапана фланцавага злучэння звычайна маюць форму пракладак. Паколькі матэрыял пракладкі будзе цвярдзець і зніжаць пластычнасць пры нізкай тэмпературы, да пракладкі для нізкатэмпературных клапанаў прад'яўляюцца больш высокія патрабаванні. Ён павінен мець надзейную герметызацыю і аднаўленне пры нармальнай тэмпературы, нізкай тэмпературы і перападах тэмпературы. Уплыў нізкай тэмпературы на ўшчыльненне пракладкі варта разглядаць комплексна.
Згодна з звычайна выкарыстоўванымі формамі ўшчыльнення пракладкі, даўжыня ніта, пракладка і таўшчыня фланца будуць скарачацца па меры зніжэння тэмпературы. Каб забяспечыць надзейную герметычнасць пракладкі пры нізкай тэмпературы, яе неабходна выконваць
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Увядзіце
ΔH1 — дэфармацыя расцяжэння засаўкі, мм
Δ H1 = 1 / E1H сігма
ΔHT1 — Ўсаджванне ніта ў дыяпазоне тэмператур ΔT, мм
Δ HT1 Δ T = H альфа 1
ΔHT — ўсаджванне пракладкі ў тэмпературнай зоне ΔT, мм
Δ HT = альфа 2 Δ h T
ΔHT3 — Ўсаджванне верхняга і ніжняга фланцаў у тэмпературнай зоне ΔT, мм
Δ HT3 = альфа 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — папярэдні нацяг балта, Н/мм
E1 — модуль пругкасці ніта, Н/мм
α1, α2, α3 — каэфіцыент лінейнага пашырэння матэрыялаў балта, пракладкі і фланца адпаведна, мм/м.
H, H – мм
Калі ўшчыльненне пракладкі дасягае разлічанай працоўнай нізкай тэмпературы ад пакаёвай тэмпературы, сума ўсаджвання верхняга і ніжняга фланцаў і ўсаджвання пракладкі павінна быць меншай за суму ўсаджвання ніта і дэфармацыі ніта пры расцяжэнні. зборка, каб гарантаваць, што пракладка ўсё яшчэ мае частку папярэдняй нагрузкі пры працоўнай тэмпературы і падтрымліваць здольнасць герметызацыі.
Адпаведна, пры распрацоўцы варта ўлічваць чатыры аспекты. ① Ніт зроблены з матэрыялу з большым каэфіцыентам лінейнага пашырэння, які мае большую ўсаджванне пры нізкай тэмпературы. ② Фланец зроблены з матэрыялу з меншым каэфіцыентам лінейнага пашырэння для памяншэння ΔHT3. ③ Паменшыце таўшчыню пракладкі і выкарыстоўвайце ў якасці пракладкі матэрыял з малым каэфіцыентам лінейнага пашырэння. (4) Павелічэнне дэфармацыі расцяжэння нітаў.
Для нізкатэмпературных клапанаў ніжэй за -100 ℃ матэрыял корпуса і матэрыял засаўкі звычайна вырабляюцца з аўстэнітнай нержавеючай сталі, каэфіцыент лінейнага пашырэння аднолькавы, таму больш важна выбраць адпаведны матэрыял пракладкі і павялічыць дэфармацыю нітаў пры расцяжэнні. Ідэальны нізкатэмпературны пракладкавы матэрыял, пры пакаёвай тэмпературы яго цвёрдасць нізкая, пры нізкай тэмпературы ўстойлівасць можа быць добрай, каэфіцыент лінейнага пашырэння невялікі і мае пэўную механічную трываласць. У практычных прымяненнях звычайна выкарыстоўваюцца намоткавыя пракладкі, вырабленыя з стужкі з нержавеючай сталі, напоўненай азбестам або політэтрафтарэтыленам або гнуткім графітам, і эфект ушчыльнення намоточных пракладак з гнуткага графіту і нержавеючай сталі з'яўляецца ідэальным. Што тычыцца павялічанай дэфармацыі расцяжэння засаўкі, з-за абмежавання папярэдняй нагрузкі пры ўсталёўцы засаўкі, павялічаны запас не вялікі, таму для кампенсацыі можна ўсталяваць пракладку дыскавай спружыны.