Els requisits d'ús i segellat de la vàlvula de baixa temperatura com triar el material de la vàlvula de baixa temperatura

Els requisits d'ús i segellat de la vàlvula de baixa temperatura com triar el material de la vàlvula de baixa temperatura

2. La influència de la baixa temperatura en el rendiment de segellat de la vàlvula
2.1 Parells de segellat no metàl·lics
Les vàlvules de bola i les vàlvules de papallona que funcionen a temperatura ambient generalment utilitzen parells de segellat de metall a material no metàl·lic. A causa de l'elevada elasticitat dels materials no metàl·lics, la pressió específica necessària per al segellat és petita, de manera que el segellat és bo. Tanmateix, a baixa temperatura, com que el coeficient d'expansió dels materials no metàl·lics és molt més gran que el dels materials metàl·lics, la contracció de la baixa temperatura i la contracció dels segells metàl·lics, els cossos de la vàlvula i altres peces són molt diferents, cosa que condueix a la reducció greu de la pressió específica del segellat i el resultat del segellat no es pot segellar. La majoria dels materials no metàl·lics s'endureixen i es tornen trencadissos a temperatures criogèniques, perdent duresa, donant lloc a un flux fred i una relaxació de l'estrès. Com el cautxú a una temperatura inferior a la seva temperatura de vidre, perdrà completament elasticitat, es tornarà vidre, perdrà la seva estanquitat. A més, el cautxú no es pot utilitzar per a les vàlvules de GNL perquè té una expansió de bombolles en el medi GNL. Per tant, actualment en el disseny de la vàlvula de baixa temperatura, la temperatura general és inferior a -70 ℃ ja no s'utilitzen materials auxiliars de segellat no metàl·lics ni materials no metàl·lics mitjançant un procés especial en tipus d'estructura composta metàl·lica i no metàl·lica.
Segons registres estrangers, alguns materials no metàl·lics es poden utilitzar bé en estat criogènic. A la dècada de 1970, "slip shod", un plàstic nou d'Irish Alloy Co., LTD., era una espècie de polietilè de pes molecular ultra alt, que tenia una bona tenacitat a -269 ° C, no es trencava sota una certa tensió d'impacte, i va mantenir una resistència considerable al desgast. El plàstic Mylar desenvolupat a França encara és bastant elàstic a la temperatura de l'hidrogen líquid (-253 ℃). El suport del segell de policarbonat de HT Lomanenko de l'antiga Unió Soviètica es va provar en nitrogen líquid (-196 ℃). Les dades mostren que el policarbonat té un bon efecte de segellat a baixa temperatura.
2.2 Parell de segell metàl·lic
En condicions de baixa temperatura, la força i la duresa dels materials metàl·lics augmenten, la plasticitat i la duresa disminueixen, mostrant diferents graus de fenomen fràgil fred a baixa temperatura, afecten seriosament el rendiment i la seguretat de la vàlvula. Per tal d'evitar la fractura fràgil dels materials a baixa tensió a baixa temperatura, quan es dissenyen vàlvules de baixa temperatura, generalment s'utilitzen materials d'acer inoxidable ferrític quan la temperatura és superior a -100 ℃, mentre que quan la temperatura és inferior a -100 ℃, la vàlvula El cos, la coberta de la vàlvula, la tija de la vàlvula i el seient de segellat s'utilitzen principalment amb gelosia cúbica centrada en la cara acer inoxidable austenític, coure i aliatge de coure, alumini i aliatge d'alumini, etc. Però com que la duresa de l'alumini i l'aliatge d'alumini no és alta, la resistència a l'abrasió i la resistència a l'abrasió de la superfície de segellat és pobra, de manera que rarament s'utilitza a la vàlvula de baixa temperatura. En general, s'utilitzen materials d'acer inoxidable austenític, que s'utilitzen habitualment 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2 (304, 316L), etc., aquests materials no tenen temperatura crítica fràgil freda a baixa temperatura, en condicions de baixa temperatura, encara poden mantenir una alta tenacitat.
Tanmateix, l'acer inoxidable austenític com a material auxiliar de segell metàl·lic de vàlvules de baixa temperatura també té alguns inconvenients. Com que la majoria d'aquests materials es troben en un estat metaestable a temperatura ambient, l'austenita del material es transforma en martensita quan la temperatura baixa per sota del punt de transició de fase (MS). Per a la gelosia cúbica centrada en el cos de la densitat de martensita és inferior a la de la gelosia cúbica centrada en la cara d'austenita, i com que alguns àtoms de carboni organitzen la regulació de la posició de la xarxa cúbica centrada en el cos, fan que la gelosia creixi al llarg de l'eix C, per tant, l'augment del volum canvia causada per l'estrès intern, fa que originalment després de la mòlta compleixi els requisits de segellat de la deformació de la superfície de segellat, donant lloc a una fallada del segell.
A més de la fallada de deformació de la superfície de segellat causada per la transformació de fase a baixa temperatura, a causa de la diferència de temperatura de cada part o la diferència de propietats físiques entre diferents materials, que resulta en una contracció desigual, també es produirà un estrès de variació de temperatura. Quan la tensió està per sota del límit elàstic del material, es produeix una distorsió elàstica reversible a la superfície de segellat. Quan l'estrès de temperatura d'una peça supera el límit de rendiment del material, les peces tindran una distorsió i deformació irreversible, que també provocarà la fallada de la superfície de segellat i afectarà l'efecte de segellat.
Atesa la influència de la baixa temperatura en el parell de segellat metàl·lic, s'han de prendre les mesures corresponents per fer que la deformació de la superfície de segellat metàl·lica sigui petita o la deformació de la superfície de segellat tingui poca influència en el rendiment del segellat. En primer lloc, pel que fa als materials, hem d'intentar triar materials amb una gran estabilitat de l'estructura metal·logràfica (com el 316L però amb un cost elevat). En segon lloc, per al cos, la coberta, la tija, el segell i altres materials austenítics fets de peces s'han de processar a baixa temperatura, de manera que la transformació i deformació de la martensita del material es dugui a terme completament abans d'acabar. La temperatura del tractament a baixa temperatura ha de ser inferior a la temperatura de canvi de fase del material (MS) i inferior a la temperatura de treball real de la vàlvula, i el temps de tractament ha de ser de 2 a 4 h. Si cal, es poden realitzar múltiples tractaments a baixa temperatura o un tractament d'envelliment adequat. A més de les mesures anteriors, també s'ha de tenir en compte el disseny estructural per reduir l'impacte de la deformació de la superfície de segellat en el rendiment del segellat, com en el disseny de vàlvules de comporta, vàlvules de bola i vàlvules de papallona, ​​es pot considerar l'ús d'estructura de segellat elàstic, de manera que que la deformació a baixa temperatura es pugui compensar parcialment. Per a la vàlvula de globus, ha de tenir una estructura de segellat cònica, de manera que la deformació a baixa temperatura a la superfície de segellat del petit impacte.
3. Influència de la baixa temperatura en el rendiment de segellat de la vàlvula
3.1 Empaquetament de tija
A causa dels defectes del material de cautxú a baixa temperatura i del fenomen de flux fred fràgil i greu de la majoria de materials no metàl·lics, el disseny de segellat entre la tija i el cos de la vàlvula de la vàlvula de baixa temperatura no pot utilitzar la forma d'anell de segellat. Utilitzeu només l'estructura de segellat de la caixa d'embalatge i l'estructura de segellat de la manxa. El segell de manxa general s'utilitza en el medi no permet filtracions de rastres i no és adequat per a ocasions d'embalatge, la vida útil de la seva estructura d'una sola capa és molt curta, el cost de l'estructura multicapa és elevat, el processament és difícil, de manera que generalment no utilitzat.
L'estructura de segellat de la caixa de farciment és fàcil de fabricar i processar, fàcil de mantenir i substituir, i és bastant comú en l'aplicació pràctica. Tanmateix, la temperatura general de treball de l'embalatge no pot ser inferior a -40 ℃. Per tal d'assegurar el rendiment de segellat de l'embalatge, el dispositiu de caixa d'embalatge de la vàlvula de baixa temperatura s'ha d'utilitzar en condicions properes a la temperatura ambient. A baixa temperatura, amb la disminució de la temperatura, l'elasticitat del farciment desapareix gradualment i el rendiment a prova de fuites disminueix. A causa de les fuites de mitjans causades per l'embalatge i el gel de la tija de la vàlvula, afectarà el funcionament normal de la tija de la vàlvula, però també, a causa del moviment de la tija de la vàlvula, l'embalatge es rascarà, causant fuites greus. Per tant, en circumstàncies normals, l'embalatge de la vàlvula de baixa temperatura ha de funcionar a una temperatura superior a 0 ℃, la qual cosa requereix el disseny de l'estructura de la coberta de la vàlvula de coll llarg, de manera que la caixa d'embalatge allunyada del mitjà de baixa temperatura i la selecció de l'embalatge. amb característiques de baixa temperatura. Els farcits comunament utilitzats són el politetrafluoroetilè, l'amiant, la corda d'amiant de politetrafluoroetilè impregnat i el grafit flexible, entre els quals, com que l'amiant no pot evitar les fuites de permeabilitat, el coeficient d'expansió lineal del politetrafluoroetilè és molt gran, el fenomen de flux fred és greu, de manera que generalment no s'utilitza. El grafit flexible és un material de segellat excel·lent, el gas i el líquid són impermeables, la taxa de compressió és superior al 40%, la resistència és superior al 15%, la relaxació de l'estrès és inferior al 5%, la pressió de fixació més baixa es pot segellar. També té autolubricitat, que s'utilitza com a embalatge de vàlvules pot prevenir eficaçment l'embalatge i el desgast de la tija de la vàlvula, el seu rendiment de segellat és òbviament millor que el material tradicional d'amiant, per la qual cosa és un dels materials de segellat més excel·lents.
Com que el farciment és generalment un material no metàl·lic, el coeficient d'expansió lineal és molt més gran que la caixa de farciment metàl·lica i la tija de la vàlvula. Per tant, quan l'embalatge muntat a temperatura ambient cau a una temperatura determinada, la seva contracció és més gran que la del forat de l'embalatge i la tija de la vàlvula, cosa que pot provocar fuites a causa de la disminució de la pressió de precàrrega. En el disseny, el cargol de la glàndula d'embalatge es pot carregar prèviament amb diversos grups de juntes de molla de disc, de manera que la força de precàrrega de l'embalatge a baixa temperatura es pot compensar contínuament per garantir l'efecte de segellat de l'embalatge.
L'embalatge de tija combinat de baixes fuites produït per Garlock Company als Estats Units, l'anell final està fet d'arrel de disc trenat de fibra de carboni, l'anell de segellat està fet d'emmotllament de tires de grafit de textura de diamant d'alta puresa, a través de l'estructura de copa i con i expansió radial característiques, de manera que es millora el rendiment de segellat.
La deformació a baixa temperatura del material de la tija també afectarà el rendiment de segellat de l'embalatge. Per tant, igual que el cos de la vàlvula, la coberta de la vàlvula, els materials accessoris de segellat, la tija també ha de ser processada criogènicament després d'acabar, per tal que la deformació a baixa temperatura sigui petita. A més, com que l'acer inoxidable austenític utilitzat en el material de la tija criogènica no es pot tractar tèrmicament per millorar la duresa de la superfície, és més probable que la unió entre la tija i l'embalatge es faci contusions entre si, donant lloc a fuites a l'embalatge. Per tant, la superfície de la tija s'ha de xapar amb crom dur o nitrur per millorar la duresa de la superfície.
3.2 Junta de brida mitjana
Tant el segell de la brida mitjana de la vàlvula com la connexió externa de la vàlvula de connexió de la brida solen tenir forma de juntes. Com que el material de la junta s'endureix i reduirà la plasticitat a baixa temperatura, la junta per a vàlvules de baixa temperatura té requisits més alts. Ha de tenir un segellat i una recuperació fiables a temperatura normal, baixa temperatura i canvis de temperatura. La influència de la baixa temperatura en el rendiment de segellat de les juntes s'ha de considerar de manera exhaustiva.
Segons les formes de segellat de juntes d'ús habitual, la longitud del cargol, la junta i el gruix de la brida es reduiran a mesura que disminueixi la temperatura. Per garantir un segellat fiable de la junta a baixa temperatura, s'ha de complir
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Escriviu el
ΔH1 — Deformació per tracció del conjunt del cargol, mm
Δ H1 = 1 / E1H sigma
ΔHT1 — Contracció del cargol en el rang de temperatura de ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — contracció de la junta a la zona de temperatura ΔT, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Contracció de les brides superior i inferior a la zona de temperatura ΔT, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Precàrrega del cargol, N/mm
E1 — mòdul elàstic del cargol, N/mm
α1, α2, α3: són el coeficient d'expansió lineal dels materials del cargol, de la junta i de la brida, respectivament, mm/m
H, H - mm
Quan el segell de la junta arriba a la baixa temperatura de treball dissenyada des de la temperatura ambient, la suma de la contracció de les brides superior i inferior i la contracció de la junta ha de ser inferior a la suma de la contracció del cargol i la deformació per tracció del cargol. muntatge, per assegurar-se que la junta encara té part de la precàrrega a la temperatura de treball i mantenir la capacitat de segellat.
En conseqüència, s'han de tenir en compte quatre aspectes en el disseny. ① El cargol està fet de material amb un coeficient d'expansió lineal més gran, que té una contracció més gran a baixa temperatura. ② La brida està feta de material amb un coeficient d'expansió lineal més petit per reduir ΔHT3. ③ Reduïu el gruix de la junta i utilitzeu el material amb un petit coeficient d'expansió lineal com a junta. (4) Augmentar la deformació de tracció dels cargols.
Per a vàlvules de baixa temperatura per sota de -100 ℃, el material del cos i el material del cargol generalment estan fets d'acer inoxidable austenític, el coeficient d'expansió lineal és el mateix, per la qual cosa és més important triar el material de junta adequat i augmentar la deformació de tracció dels cargols. Material ideal de la junta de baixa temperatura, a temperatura ambient la seva duresa és baixa, a baixa temperatura la resistència pot ser bona, el coeficient d'expansió lineal és petit i té una certa resistència mecànica. En aplicacions pràctiques, generalment s'utilitzen juntes de bobinat fetes de cinta d'acer inoxidable farcida d'amiant o politetrafluoretilè o grafit flexible, i l'efecte de segellat de les juntes de bobinat de grafit flexible i acer inoxidable és ideal. Pel que fa a l'augment de la deformació de tracció del cargol, a causa del límit de la precàrrega de la instal·lació del cargol, l'augment del marge no és molt, per la qual cosa es pot considerar ajustar la junta de molla de disc per compensar-la.