Изискванията за използване и уплътняване на нискотемпературен клапан как да изберем материала за нискотемпературен клапан

Изискванията за използване и уплътняване на нискотемпературен клапан как да изберем материала за нискотемпературен клапан

2. Влиянието на ниската температура върху уплътняващите характеристики на клапана
2.1 Неметални уплътнителни двойки
Сферичните кранове и дроселните клапи, работещи при стайна температура, обикновено използват двойки уплътнения от метал към неметален материал. Поради високата еластичност на неметалните материали специфичното налягане, необходимо за запечатване, е малко, така че запечатването е добро. Въпреки това, при ниска температура, тъй като коефициентът на разширение на неметалните материали е много по-голям от този на металните материали, свиването при ниска температура и свиването на метални уплътнения, тела на клапани и други части са много различни, което води до сериозно намаляване на специфичното налягане при запечатване и резултатът от запечатването не може да бъде запечатан. Повечето неметални материали се втвърдяват и стават крехки при криогенни температури, губейки здравина, което води до студено течение и отпускане на напрежението. Такава гума при температура, по-ниска от температурата на стъклото, напълно ще загуби еластичност, ще стане стъклена, ще загуби своята плътност. В допълнение, каучукът не може да се използва за клапани за LNG, тъй като има разширяване на мехурчета в LNG среда. Следователно, понастоящем при проектирането на нискотемпературен клапан, общата температура е по-ниска от -70 ℃, вече не се използват неметални уплътняващи спомагателни материали или неметални материали чрез специален процес в метални и неметални композитни структури.
Според чуждестранни записи някои неметални материали могат да се използват добре в криогенно състояние. През 70-те години на миналия век, „подкована подкова“, нова пластмаса от Irish Alloy Co., LTD., беше вид полиетилен с ултрависоко молекулно тегло, който имаше добра издръжливост при -269 °C, не се счупи при определени ударни натоварвания, и поддържа значителна устойчивост на износване. Пластмасата Mylar, разработена във Франция, все още е доста еластична при температурата на течния водород (-253 ℃). Поликарбонатният държач за печат на HT Lomanenko от бившия Съветски съюз беше тестван в течен азот (-196 ℃). Данните показват, че поликарбонатът има добър уплътнителен ефект при ниски температури.
2.2 Двойка метални уплътнения
При условия на ниска температура, якостта и твърдостта на металните материали се увеличават, пластичността и издръжливостта намаляват, показвайки различни степени на явление на студена крехкост при ниска температура, което сериозно засяга производителността и безопасността на клапана. За да се предотврати крехкото счупване на материалите при ниско напрежение при ниска температура, когато се проектират нискотемпературни вентили, обикновено се използват феритни материали от неръждаема стомана, когато температурата е по-висока от -100 ℃, докато когато температурата е по-ниска от -100 ℃, вентилът тялото, капакът на клапана, стеблото на клапана и уплътнителната седалка се използват най-вече с аустенитна неръждаема стомана, мед и мед с центрирана кубична решетка сплав, алуминий и алуминиева сплав и т.н. Но тъй като твърдостта на алуминия и алуминиевата сплав не е висока, устойчивостта на абразия и устойчивостта на абразия на уплътнителната повърхност е лоша, така че рядко се използва в нискотемпературния клапан. Обикновено се използват материали от аустенитна неръждаема стомана, обикновено използвани 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2(304, 316L) и т.н., тези материали нямат критична температура при ниска температура при ниска температура и все още могат да поддържат висока якост.
Въпреки това, аустенитната неръждаема стомана като спомагателен материал за нискотемпературно метално уплътнение на клапан също има някои недостатъци. Тъй като повечето от тези материали са в метастабилно състояние при стайна температура, аустенитът в материала се трансформира в мартензит, когато температурата се понижи под точката на фазов преход (MS). За плътно центрираната кубична решетка на мартензита плътността е по-ниска от тази на лицево центрираната кубична решетка на аустенита и тъй като някои въглеродни атоми организират регулиране на позицията на центрираната кубична решетка, карат решетката да нараства по оста C, като по този начин увеличаването на обема се променя причинено от вътрешно напрежение, направете първоначално след смилане да отговаря на изискванията за уплътняване на деформация на изкълчване на уплътнителната повърхност, което води до повреда на уплътнението.
В допълнение към деформационната повреда на уплътнителната повърхност, причинена от нискотемпературна фазова трансформация, поради температурната разлика на всяка част или разликата във физичните свойства между различните материали, което води до неравномерно свиване, също ще възникне стрес от температурни промени. Когато напрежението е под границата на еластичност на материала, се получава обратимо еластично изкривяване в уплътнителната повърхност. Когато температурното напрежение на дадена част надвиши границата на провлачване на материала, частите ще имат необратимо изкривяване и деформация, което също ще причини повреда на уплътняващата повърхност и ще повлияе на ефекта на уплътняване.
С оглед на влиянието на ниската температура върху металната уплътнителна двойка трябва да се вземат съответните мерки, за да се направи деформацията на металната уплътнителна повърхност малка или деформацията на уплътнителната повърхност има малко влияние върху ефективността на уплътняването. Първо, по отношение на материалите, трябва да се опитаме да изберем материали с висока стабилност на металографската структура (като 316L, но с висока цена). Второ, за тялото, капака, стеблото, уплътнението и други аустенитни материали, изработени от части, трябва да бъдат обработени при ниска температура, така че мартензитната трансформация и деформация на материала да се извършат напълно преди завършване. Температурата на нискотемпературната обработка трябва да бъде по-ниска от температурата на промяна на фазата на материала (MS) и по-ниска от действителната работна температура на вентила, а времето за обработка трябва да бъде 2 ~ 4 часа. Ако е необходимо, може да се извърши многократно третиране при ниска температура или подходящо третиране със стареене. В допълнение към горните мерки трябва да се има предвид и структурният дизайн, за да се намали въздействието на деформацията на уплътняващата повърхност върху ефективността на уплътняването, като например при проектирането на шибърни кранове, сферични кранове и дроселови клапи може да се обмисли използването на еластична уплътнителна структура, така че че нискотемпературната деформация може да бъде частично компенсирана. За глобусния вентил трябва да има конична структура на уплътнението, така че деформацията при ниска температура върху уплътняващата повърхност да е малка.
3. Влияние на ниската температура върху уплътнителните характеристики на клапана
3.1 Опаковка на стеблото
Поради дефектите на гумения материал при ниска температура и студената крехкост и сериозния феномен на студено течение на повечето неметални материали, конструкцията на уплътнението между стеблото и тялото на клапана на нискотемпературния клапан не може да използва формата на уплътнителен пръстен, може използвайте само уплътнителната структура на опаковъчната кутия и уплътнителната структура на силфона. Общото силфонно уплътнение се използва в средата, не позволява следи от изтичане и не е подходящо за случаи на опаковане, животът на неговата еднослойна структура е много кратък, цената на многослойната структура е висока, обработката е трудна, така че обикновено не използвани.
Уплътнителната структура на салниковата кутия е лесна за производство и обработка, лесна за поддръжка и подмяна и е доста често срещана в практическото приложение. Въпреки това, общата работна температура на опаковката не може да бъде по-ниска от -40 ℃. За да се гарантира ефективността на уплътняването на опаковката, устройството на опаковъчната кутия на нискотемпературния вентил трябва да работи при условия, близки до температурата на околната среда. При ниска температура, с понижаване на температурата, еластичността на пълнителя постепенно изчезва и херметичността намалява. Поради изтичане на носител, причинено от уплътнение и лед на стеблото на клапана, това ще повлияе на нормалната работа на стеблото на клапана, но също така поради движението на стеблото на клапана ще има надраскване на уплътнението, причиняващо сериозно изтичане. Следователно, при нормални обстоятелства, нискотемпературната уплътнителна клапа трябва да работи при температура над 0 ℃, което изисква дизайн на структурата на капака на клапата с дълга шийка, така че кутията за опаковане да е далеч от нискотемпературна среда и избор на опаковка с нискотемпературни характеристики. Често използваните пълнители са политетрафлуоретилен, азбест, импрегнирано азбестово въже от политетрафлуоретилен и гъвкав графит, сред които, тъй като азбестът не може да избегне изтичане на пропускливост, коефициентът на линейно разширение на политетрафлуоретилен е много голям, феноменът на студено течение е сериозен, така че обикновено не се използва. Гъвкавият графит е отличен уплътняващ материал, газът, течността са непропускливи, степента на компресия е по-голяма от 40%, устойчивостта е по-голяма от 15%, отпускането на напрежението е по-малко от 5%, по-ниското налягане на закрепване може да бъде запечатано. Той също така има самосмазваща способност, използван като уплътнение на клапана, може ефективно да предотврати износването на уплътнението и стъблото на клапана, неговото уплътняване е очевидно по-добро от традиционния азбестов материал, така че е един от най-добрите уплътнителни материали.
Тъй като пълнителят обикновено е неметален материал, коефициентът на линейно разширение е много по-голям от металната кутия за пълнене и стеблото на клапана. Следователно, когато опаковката, сглобена при стайна температура, падне до определена температура, нейното свиване е по-голямо от това на отвора на опаковката и стеблото на клапана, което може да причини изтичане поради намаляване на налягането на предварително натоварване. В конструкцията болтът на уплътнителния уплътнител може да бъде предварително натоварен с множество групи дискови пружинни уплътнения, така че силата на предварително натоварване на уплътнението при ниска температура да може непрекъснато да се компенсира, за да се осигури ефектът на уплътняване на уплътнението.
Комбинираната набивка на стеблото с ниски течове, произведена от Garlock Company в Съединените щати, крайният пръстен е направен от плетен диск от въглеродни влакна, уплътнителният пръстен е направен от високочиста диамантена текстура на графитна лента, чрез чаша и конусна структура и радиално разширение характеристики, така че ефективността на запечатване да бъде подобрена.
Нискотемпературната деформация на материала на стеблото също ще повлияе на ефективността на запечатване на опаковката. Следователно, същото като тялото на клапана, капака на клапана, уплътнителните аксесоари, стеблото също трябва да бъде подложено на криогенна обработка след завършване, за да се направи малка деформация при ниска температура. В допълнение, тъй като аустенитната неръждаема стомана, използвана в криогенния материал на стеблото, не може да бъде термично обработена, за да се подобри твърдостта на повърхността, е по-вероятно съединението между стеблото и уплътнението да се нарани взаимно, което води до изтичане на уплътнението. Следователно повърхността на стеблото трябва да бъде покрита с твърд хром или нитрид, за да се подобри твърдостта на повърхността.
3.2 Уплътнение на средния фланец
Както средното фланцово уплътнение на вентила, така и външната връзка на фланцовия свързващ вентил обикновено са под формата на уплътнения. Тъй като материалът на уплътнението ще се втвърди и ще намали пластичността при ниска температура, уплътнението за нискотемпературни клапани има по-високи изисквания. Трябва да има надеждно запечатване и възстановяване при нормална температура, ниска температура и температурни промени. Влиянието на ниската температура върху ефективността на уплътнението на уплътнението трябва да се разглежда изчерпателно.
Според често използваните форми за уплътняване на уплътнението, дължината на болта, уплътнението и дебелината на фланеца ще се свият с понижаване на температурата. За да се осигури надеждно уплътнение на уплътнението при ниска температура, трябва да се спазва
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Въведете
ΔH1 — Деформация на опън на болтовия комплект, mm
Δ H1 = 1 / E1H сигма
ΔHT1 — свиване на болта в температурен диапазон ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H алфа 1
ΔHT — свиване на уплътнението в температурната зона ΔT, mm
Δ HT = алфа 2 Δ h T
ΔHT3 — Свиване на горните и долните фланци в температурната зона ΔT, mm
Δ HT3 = алфа 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — предварително натоварване на болта, N/mm
E1 — модул на еластичност на болта, N/mm
α1, α2, α3 — коефициентът на линейно разширение на материалите съответно на болта, уплътнението и фланеца, mm/m
H, H – мм
Когато уплътнението на уплътнението достигне проектираната работна ниска температура от стайна температура, сумата от свиването на горния и долния фланец и свиването на уплътнението трябва да бъде по-малка от сумата от свиването на болта и деформацията на опън на болта монтаж, така че да се гарантира, че уплътнението все още има част от предварителното натоварване при работната температура и да се запази способността за уплътняване.
Съответно при проектирането трябва да се вземат предвид четири аспекта. ① Болтът е изработен от материал с по-голям коефициент на линейно разширение, който има по-голямо свиване при ниска температура. ② Фланецът е направен от материал с по-малък коефициент на линейно разширение за намаляване на ΔHT3. ③ Намалете дебелината на уплътнението и използвайте материала с малък коефициент на линейно разширение като уплътнение. (4) Увеличете деформацията на опън на болтовете.
За нискотемпературни клапани под -100 ℃ материалът на тялото и материалът на болта обикновено са направени от аустенитна неръждаема стомана, коефициентът на линейно разширение е същият, така че е по-важно да изберете подходящия материал за уплътнение и да увеличите деформацията на опън на болтовете. Идеален материал за уплътнение при ниска температура, при стайна температура неговата твърдост е ниска, при ниска температура устойчивостта може да бъде добра, коефициентът на линейно разширение е малък и има определена механична якост. В практическите приложения обикновено се използват уплътнения за навиване, изработени от лента от неръждаема стомана, напълнена с азбест или политетрафлуоретилен или гъвкав графит, а уплътняващият ефект на уплътненията за навиване, изработени от гъвкав графит и неръждаема стомана, е идеален. Що се отнася до увеличената деформация на опън на болта, поради ограничението на предварителното натоварване на монтажа на болта, увеличената граница не е голяма, така че може да се обмисли да се настрои уплътнението на дисковата пружина за компенсиране.