Zahtjevi za korištenje i zaptivanje niskotemperaturnog ventila kako odabrati materijal niskotemperaturnog ventila

Zahtjevi za korištenje i zaptivanje niskotemperaturnog ventila kako odabrati materijal niskotemperaturnog ventila

2. Utjecaj niske temperature na performanse zaptivanja ventila
2.1 Nemetalni zaptivni parovi
Kuglasti ventili i leptir ventili koji rade na sobnoj temperaturi uglavnom koriste parove brtve od metala prema nemetalnom materijalu. Zbog visoke elastičnosti nemetalnih materijala, specifični pritisak potreban za zaptivanje je mali, tako da je zaptivanje dobro. Međutim, na niskim temperaturama, budući da je koeficijent ekspanzije nemetalnih materijala mnogo veći od koeficijenta ekspanzije metalnih materijala, skupljanje pri niskoj temperaturi i skupljanje metalnih zaptivki, tijela ventila i drugih dijelova su mnogo različiti, što dovodi do ozbiljno smanjenje specifičnog pritiska zaptivanja i rezultat zaptivanja se ne može zapečatiti. Većina nemetalnih materijala ukrućuje se i postaje krhka na kriogenim temperaturama, gube žilavost, što rezultira hladnim protokom i opuštanjem naprezanja. Kao što je guma na temperaturi nižoj od temperature stakla, potpuno će izgubiti elastičnost, postati staklast, izgubiti nepropusnost. Osim toga, guma se ne može koristiti za LNG ventile jer ima ekspanziju mjehurića u LNG mediju. Stoga, trenutno u dizajnu niskotemperaturnog ventila, opća temperatura je niža od -70 ℃, više se ne koriste nemetalni pomoćni materijali za brtvljenje ili nemetalni materijali kroz poseban proces u metalne i nemetalne kompozitne strukture.
Prema stranim podacima, neki nemetalni materijali mogu se dobro koristiti u kriogenom stanju. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća, "slip shod", nova plastika Irish Alloy Co., LTD., bila je vrsta polietilena ultra visoke molekularne težine, koji je imao dobru žilavost na -269 ° C, nije se lomio pod određenim udarnim naprezanjem, i zadržala značajnu otpornost na habanje. Mylar plastika razvijena u Francuskoj je još uvijek prilično elastična na temperaturi tekućeg vodika (-253℃). Polikarbonatni držač pečata HT Lomanenka iz bivšeg Sovjetskog Saveza testiran je u tekućem dušiku (-196℃). Podaci pokazuju da polikarbonat ima dobar efekat brtvljenja na niskim temperaturama.
2.2 Par metalnih zaptivki
U uslovima niske temperature, čvrstoća i tvrdoća metalnih materijala se povećavaju, plastičnost i žilavost se smanjuju, pokazujući različite stepene pojave hladnokrhkosti niske temperature, ozbiljno utiču na performanse i sigurnost ventila. Kako bi se spriječio krhki lom materijala pri niskom naprezanju na niskim temperaturama, pri projektovanju ventila za niske temperature, feritni materijali od nehrđajućeg čelika se općenito koriste kada je temperatura viša od -100 ℃, dok kada je temperatura niža od -100 ℃, ventil tijelo, poklopac ventila, vreteno ventila i sjedište za brtvljenje uglavnom se koriste sa kubičnom rešetkom austenitnog nehrđajućeg čelika, bakra i bakra legura, aluminij i aluminijske legure, itd. Ali pošto tvrdoća aluminija i aluminijske legure nije visoka, otpornost na abraziju i otpornost na habanje površine za brtvljenje je loša, tako da se rijetko koristi u ventilu za niske temperature. Općenito koriste austenitne materijale od nehrđajućeg čelika, najčešće korištene 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2 (304, 316L), itd., Ovi materijali nemaju nisku temperaturu hladno krhke kritične temperature, pod uvjetima niske temperature, i dalje mogu održavati visoku žilavost.
Međutim, austenitni nehrđajući čelik kao pomoćni materijal za niskotemperaturnu metalnu brtvu ventila također ima neke nedostatke. Budući da je većina ovih materijala u metastabilnom stanju na sobnoj temperaturi, austenit u materijalu se pretvara u martenzit kada se temperatura spusti ispod tačke faznog prijelaza (MS). Jer kubična rešetka centrirana na tijelu, gustina martenzita je niža od kubične rešetke austenita centrirana na lice, a zbog toga što neki atomi ugljika uređuju regulaciju položaja centrirane kubične rešetke, čine da rešetka raste duž C osi, čime se povećava volumen mijenja uzrokovano unutarnjim naprezanjem, da bi prvobitno nakon brušenja ispunili zahtjeve za brtvljenje deformacije površine brtvljenja, što rezultira brtvljenjem neuspjeh.
Osim deformacije površine zaptivanja uzrokovane niskotemperaturnom faznom transformacijom, zbog temperaturne razlike svakog dijela ili razlike fizičkih svojstava između različitih materijala, što rezultira neravnomjernim skupljanjem, također će se pojaviti naprezanje temperaturne varijacije. Kada je napon ispod granice elastičnosti materijala, dolazi do reverzibilnog elastičnog izobličenja na površini zaptivanja. Kada temperaturni napon nekog dijela prijeđe granicu popuštanja materijala, dijelovi će imati nepovratno izobličenje i deformaciju, što će također uzrokovati kvar zaptivne površine i utjecati na učinak brtvljenja.
S obzirom na uticaj niske temperature na metalni zaptivni par, moraju se preduzeti odgovarajuće mere kako bi deformacija metalne zaptivne površine bila mala ili deformacija površine zaptivanja ima mali uticaj na performanse zaptivanja. Prvo, što se tiče materijala, treba pokušati izabrati materijale sa visokom stabilnošću metalografske strukture (kao što je 316L, ali sa visokim troškovima). Drugo, za tijelo, poklopac, vretena, brtva i drugi austenitni materijali od dijelova moraju biti obrađeni na niskoj temperaturi, tako da se martenzitna transformacija i deformacija materijala u potpunosti izvrši prije završne obrade. Temperatura niskotemperaturne obrade treba da bude niža od temperature promene faze materijala (MS) i niža od stvarne radne temperature ventila, a vreme tretmana treba da bude 2 ~ 4h. Ako je potrebno, može se provesti višestruki tretman na niskim temperaturama ili odgovarajući tretman starenja. Pored gore navedenih mjera, treba uzeti u obzir i konstrukcijski dizajn kako bi se smanjio utjecaj deformacije površine zaptivanja na performanse zaptivanja, kao što je kod dizajna zasuna, kuglasti ventili i leptir ventili mogu uzeti u obzir korištenje elastične zaptivne strukture, tako da da se niskotemperaturna deformacija može djelomično kompenzirati. Za globus ventil treba biti konusna struktura brtve, tako da niska temperatura deformacije na površini zaptivke ima mali utjecaj.
3. Utjecaj niske temperature na performanse zaptivanja ventila
3.1 Pakovanje stabljike
Zbog nedostataka gumenog materijala na niskoj temperaturi i hladnokrhkosti i ozbiljnog fenomena hladnog protoka većine nemetalnih materijala, dizajn zaptivke između vretena i tijela ventila niskotemperaturnog ventila ne može koristiti oblik zaptivnog prstena, može koristite samo zaptivnu strukturu kutije za pakovanje i zaptivnu strukturu mehova. Opća zaptivka sa mijehom koja se koristi u mediju ne dozvoljava curenje u tragovima i nije prikladna za prilike za pakovanje, vijek trajanja njegove jednoslojne strukture je vrlo kratak, cijena višeslojne strukture je visoka, obrada je teška, tako da općenito ne korišteno.
Brtvena struktura kutije za punjenje je jednostavna za proizvodnju i obradu, laka za održavanje i zamjenu i prilično je uobičajena u praktičnoj primjeni. Međutim, opća radna temperatura pakovanja ne može biti niža od -40℃. Da bi se osigurala sposobnost brtvljenja pakovanja, uređaj kutije za pakovanje niskotemperaturnog ventila treba da radi u uslovima blizu temperature okoline. Pri niskoj temperaturi, sa smanjenjem temperature, elastičnost punila postepeno nestaje, a otpornost na curenje opada. Zbog curenja medija uzrokovanog pakovanjem i ledom stabla ventila, utjecat će na normalan rad stabla ventila, ali i zbog pomicanja stabla ventila doći će do ogrebotina na pakovanju, uzrokujući ozbiljno curenje. Stoga, u normalnim okolnostima, pakovanje ventila niske temperature mora raditi na temperaturi iznad 0℃, što zahtijeva dizajn strukture poklopca ventila s dugim vratom, tako da kutija za pakovanje bude udaljena od medija niske temperature, i odabir pakiranja sa karakteristikama niskih temperatura. Često korištena punila su politetrafluoroetilen, azbest, impregnirano politetrafluoroetilensko azbestno uže i fleksibilni grafit, među kojima, jer azbest ne može izbjeći curenje propusnosti, koeficijent linearne ekspanzije politetrafluoroetilena je vrlo velik, pojava hladnog protoka se općenito ne koristi. Fleksibilni grafit je odličan materijal za zaptivanje, gas, tečnost su nepropusni, stepen kompresije je veći od 40%, elastičnost je veća od 15%, relaksacija napona je manja od 5%, niži pritisak pričvršćivanja se može zapečatiti. Takođe ima samopodmazivanje, koristi se jer pakovanje ventila može efikasno sprečiti zaptivanje i habanje vretena ventila, njegove performanse zaptivanja su očigledno bolje od tradicionalnog azbestnog materijala, tako da je jedan od najizvrsnijih materijala za zaptivanje.
Budući da je punilo općenito nemetalni materijal, koeficijent linearne ekspanzije je mnogo veći od metalne kutije za punjenje i stabla ventila. Stoga, kada se zaptivanje sastavljeno na sobnoj temperaturi spusti na određenu temperaturu, njegovo skupljanje je veće od skupljanja otvora za pakovanje i vretena ventila, što može uzrokovati curenje zbog smanjenja pritiska predopterećenja. U dizajnu, vijak brtve za brtvljenje može biti prethodno opterećen sa više grupa zaptivača disk opruge, tako da se sila prednaprezanja brtve na niskoj temperaturi može kontinuirano kompenzirati kako bi se osigurao efekat brtvljenja brtve.
Kombinovano pakovanje stabljike sa malim propuštanjem koje proizvodi Garlock Company u Sjedinjenim Državama, krajnji prsten je napravljen od korena diska opletenog karbonskim vlaknima, zaptivni prsten je napravljen od dijamantske teksture visoke čistoće grafitne trake, kroz strukturu čašice i konusa i radijalno širenje karakteristike, tako da su performanse zaptivanja poboljšane.
Niskotemperaturna deformacija materijala stabljike također će utjecati na performanse brtvljenja pakovanja. Stoga, kao i tijelo ventila, poklopac ventila, materijali za zaptivanje pribora, stabljika također mora biti kriogena obrada nakon završetka, kako bi deformacija niske temperature bila mala. Osim toga, budući da se austenitni nehrđajući čelik koji se koristi u kriogenom materijalu stabljike ne može termički obraditi kako bi se poboljšala površinska tvrdoća, veća je vjerovatnoća da će spoj između vretena i brtve jedan drugoga nagnječiti, što će rezultirati curenjem na pakovanju. Stoga, površina stabljike mora biti obložena tvrdim hromom ili nitridom kako bi se poboljšala površinska tvrdoća.
3.2 Zaptivka srednje prirubnice
I srednja prirubnička zaptivka ventila i vanjski spoj ventila za prirubnicu su općenito u obliku brtvi. Budući da će materijal zaptivke očvrsnuti i smanjiti plastičnost na niskim temperaturama, brtva za ventile niske temperature ima veće zahtjeve. Mora imati pouzdano zaptivanje i oporavak pri normalnoj temperaturi, niskim temperaturama i temperaturnim promjenama. Utjecaj niske temperature na performanse zaptivanja brtve treba sveobuhvatno razmotriti.
Prema uobičajenim oblicima zaptivanja zaptivki, dužina vijka, zaptivka i debljina prirubnice će se smanjiti kako se temperatura smanjuje. Da bi se osiguralo pouzdano zaptivanje brtve na niskim temperaturama, mora se ispuniti
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Ukucajte
ΔH1 — Vlačna deformacija sklopa vijka, mm
Δ H1 = 1 / E1H sigma
ΔHT1 — Skupljanje vijka u temperaturnom opsegu od ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — skupljanje zaptivke u ΔT temperaturnoj zoni, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Skupljanje gornje i donje prirubnice u ΔT temperaturnoj zoni, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Predopterećenje vijka, N/mm
E1 — modul elastičnosti vijka, N/mm
α1, α2, α3 — koeficijent linearne ekspanzije materijala zavrtnja, zaptivke i prirubnice, mm/m
V, V – mm
Kada brtva dostigne predviđenu radnu nisku temperaturu od sobne temperature, zbir skupljanja gornje i donje prirubnice i skupljanja zaptivke mora biti manji od zbira skupljanja vijka i vlačne deformacije vijka montažu, kako bi se osiguralo da brtva i dalje ima dio predopterećenja na radnoj temperaturi i zadržala sposobnost brtvljenja.
Shodno tome, četiri aspekta treba uzeti u obzir u dizajnu. ① Vijak je napravljen od materijala sa većim koeficijentom linearnog širenja, koji ima veće skupljanje na niskim temperaturama. ② Prirubnica je napravljena od materijala sa manjim koeficijentom linearnog širenja za smanjenje ΔHT3. ③ Smanjite debljinu zaptivke i koristite materijal sa malim koeficijentom linearnog širenja kao zaptivku. (4) Povećajte vlačnu deformaciju vijaka.
Za ventile niske temperature ispod -100℃, materijal kućišta i materijal vijaka su uglavnom izrađeni od austenitnog nehrđajućeg čelika, koeficijent linearne ekspanzije je isti, pa je važnije odabrati odgovarajući materijal zaptivke i povećati vlačnu deformaciju vijaka. Idealan niskotemperaturni materijal zaptivke, na sobnoj temperaturi je njegova tvrdoća niska, na niskim temperaturama otpornost može biti dobra, koeficijent linearne ekspanzije je mali i ima određenu mehaničku čvrstoću. U praktičnim primjenama općenito se koriste zaptivke za namotaje od nehrđajućeg čelika punjene azbestom ili politetrafluoretilenom ili fleksibilnim grafitom, a učinak brtvljenja zaptivki za namotaje od fleksibilnog grafita i nehrđajućeg čelika je idealan. Što se tiče povećane vlačne deformacije vijka, zbog ograničenja prednaprezanja ugradnje vijka, povećana margina nije mnogo, pa se može smatrati da se zaptivka disk opruge podesi za kompenzaciju.