Požadavky na použití a těsnění nízkoteplotního ventilu, jak vybrat materiál nízkoteplotního ventilu
2. Vliv nízké teploty na těsnicí výkon ventilu
2.1 Nekovové těsnící páry
Kulové ventily a škrticí ventily pracující při pokojové teplotě obecně používají páry těsnění kov-nekovový materiál. Vzhledem k vysoké elasticitě nekovových materiálů je měrný tlak potřebný pro těsnění malý, takže těsnění je dobré. Avšak při nízké teplotě, protože koeficient roztažnosti nekovových materiálů je mnohem větší než u kovových materiálů, se smršťování při nízké teplotě a smršťování kovových těsnění, těles ventilů a dalších částí značně liší, což vede k závažné snížení specifického tlaku těsnění a výsledek těsnění nelze utěsnit. Většina nekovových materiálů při kryogenních teplotách tuhne a křehne, ztrácejí houževnatost, což má za následek tok za studena a uvolnění napětí. Například kaučuk při teplotě nižší, než je jeho teplota skla, zcela ztratí pružnost, zesklovatí, ztratí svou těsnost. Navíc gumu nelze použít pro ventily LNG, protože má expanzi bublin v médiu LNG. Proto v současné době při konstrukci nízkoteplotního ventilu je obecná teplota nižší než -70 ℃, již nepoužívají nekovové těsnicí pomocné materiály nebo nekovové materiály prostřednictvím speciálního procesu na typ kovové a nekovové kompozitní struktury.
Podle zahraničních záznamů lze některé nekovové materiály dobře použít v kryogenním stavu. V 70. letech 20. století byl „slip shod“, nový plast od Irish Alloy Co., LTD., druh polyethylenu s ultravysokou molekulovou hmotností, který měl dobrou houževnatost při -269 °C, nelámal se při určitém rázovém namáhání, a zachovala si značnou odolnost proti opotřebení. Plast Mylar vyvinutý ve Francii je stále poměrně elastický při teplotě kapalného vodíku (-253 ℃). Držák polykarbonátového těsnění HT Lomanenko z bývalého Sovětského svazu byl testován v kapalném dusíku (-196℃). Údaje ukazují, že polykarbonát má dobrý těsnící účinek při nízké teplotě.
2.2 Kovový pár těsnění
V podmínkách nízké teploty se zvyšuje pevnost a tvrdost kovových materiálů, snižuje se plasticita a houževnatost, což vykazuje různé stupně jevu křehkosti za studena při nízkých teplotách, což vážně ovlivňuje výkon a bezpečnost ventilu. Aby se zabránilo křehkému lomu materiálů při nízké teplotě, při navrhování nízkoteplotních ventilů se obecně používají materiály z feritické nerezové oceli, když je teplota vyšší než -100 ℃, zatímco když je teplota nižší než -100 ℃, ventil těleso, víko ventilu, dřík ventilu a sedlo těsnění se většinou používají s kubickou mřížkou centrovanou austenitické nerezové oceli, mědi a slitiny mědi, hliníku a slitiny hliníku atd. Ale protože tvrdost hliníku a slitiny hliníku není vysoká, odolnost proti oděru a odolnost těsnicí plochy proti oděru je špatná, proto se v nízkoteplotním ventilu používá zřídka. Obecně používejte materiály z austenitické nerezové oceli, běžně používané 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2 (304, 316L) atd., tyto materiály nemají kritickou kritickou teplotu při nízkých teplotách za studena, za podmínek nízké teploty si stále mohou zachovat vysokou houževnatost.
Avšak austenitická nerezová ocel jako nízkoteplotní pomocný materiál ventilového kovového těsnění má také některé nedostatky. Protože většina těchto materiálů je při pokojové teplotě v metastabilním stavu, austenit v materiálu se při poklesu teploty pod bod fázového přechodu (MS) přemění na martenzit. Pro tělesem centrovanou kubickou mřížku je hustota martenzitu nižší než plošně centrovaná kubická mřížka austenitu, a protože některé atomy uhlíku uspořádávají regulaci polohy kubické mřížky centrované tělem, nutí mřížku podél osy C růst, čímž se zvětšují objemové změny způsobené vnitřním pnutím, aby původně po broušení splňovaly požadavky na těsnění deformace vyboulení těsnící plochy, což má za následek selhání těsnění.
Kromě deformačního selhání těsnícího povrchu způsobeného nízkoteplotní fázovou transformací v důsledku teplotního rozdílu každé části nebo rozdílu fyzikálních vlastností mezi různými materiály, což má za následek nerovnoměrné smrštění, dojde také k namáhání změnou teploty. Když je napětí pod mezí pružnosti materiálu, vzniká v těsnicí ploše reverzibilní elastická deformace. Když teplotní namáhání dílu překročí mez průtažnosti materiálu, díly budou mít nevratnou deformaci a deformaci, což také způsobí selhání těsnicího povrchu a ovlivní těsnicí účinek.
S ohledem na vliv nízké teploty na kovovou těsnicí dvojici je třeba přijmout odpovídající opatření, aby byla deformace kovové těsnicí plochy malá nebo aby deformace těsnicí plochy měla malý vliv na těsnicí výkon. Za prvé, pokud jde o materiály, měli bychom se snažit vybrat materiály s vysokou stabilitou metalografické struktury (jako je 316L, ale s vysokou cenou). Za druhé, pro těleso, kryt, vřeteno, těsnění a další austenitické materiály vyrobené z dílů musí být zpracovány při nízké teplotě, aby před dokončením byla plně provedena martenzitická transformace a deformace materiálu. Teplota nízkoteplotního ošetření by měla být nižší než teplota změny fáze materiálu (MS) a nižší než skutečná pracovní teplota ventilu a doba ošetření by měla být 2 ~ 4 hodiny. V případě potřeby lze provést vícenásobné ošetření nízkou teplotou nebo vhodné ošetření stárnutím. Kromě výše uvedených opatření je třeba zvážit také konstrukční návrh, aby se snížil vliv deformace těsnícího povrchu na těsnicí výkon, jako je tomu v případě konstrukce šoupátek, kulových kohoutů a klapek lze zvážit použití elastické těsnicí struktury, takže že nízkoteplotní deformace může být částečně kompenzována. Pro kulový ventil by měla být kónická těsnicí konstrukce, aby se při nízké teplotě deformace na těsnicí ploše při malém nárazu.
3. Vliv nízké teploty na těsnicí výkon ventilu
3.1 Těsnění stonku
Kvůli vadám pryžového materiálu při nízké teplotě a křehkosti za studena a vážnému fenoménu studeného toku většiny nekovových materiálů nemůže těsnicí konstrukce mezi vřetenem a tělesem ventilu nízkoteplotního ventilu použít formu těsnicího kroužku, může používejte pouze těsnící strukturu ucpávkové krabice a měchovou těsnící strukturu. Obecné vlnovcové těsnění se používá v médiu, neumožňuje únik stop a není vhodné pro příležitosti balení, životnost jeho jednovrstvé struktury je velmi krátká, náklady na vícevrstvou strukturu jsou vysoké, zpracování je obtížné, takže obecně ne použitý.
Těsnicí struktura ucpávky se snadno vyrábí a zpracovává, snadno se udržuje a vyměňuje a je v praktické aplikaci zcela běžná. Obecná pracovní teplota balení však nemůže být nižší než -40 ℃. Aby byla zajištěna těsnost ucpávky, mělo by být zařízení ucpávkové skříně nízkoteplotního ventilu provozováno za podmínek blízkých okolní teplotě. Při nízké teplotě s poklesem teploty postupně mizí elasticita plniva a snižuje se nepropustnost. V důsledku úniku média způsobeného těsněním a ledem na dříku ventilu ovlivní normální provoz dříku ventilu, ale také v důsledku pohybu dříku ventilu dojde k poškrábání ucpávky, což způsobí vážné netěsnosti. Proto je za normálních okolností vyžadováno, aby těsnění ventilu s nízkou teplotou fungovalo při teplotě nad 0 ℃, což vyžaduje konstrukci konstrukce krytu ventilu s dlouhým hrdlem tak, aby byla ucpávka mimo nízkoteplotní médium a výběr těsnění s nízkoteplotními vlastnostmi. Běžně používaná plniva jsou polytetrafluorethylen, azbest, impregnované azbestové lano z polytetrafluorethylenu a pružný grafit, mezi nimiž, protože azbest se nemůže vyhnout úniku propustnosti, koeficient lineární roztažnosti polytetrafluorethylenu je velmi velký, jev tečení za studena je vážný, takže se obecně nepoužívá. Pružný grafit je vynikající těsnicí materiál, plyny a kapaliny jsou nepropustné, míra stlačení je větší než 40 %, pružnost je větší než 15 %, relaxace napětí je menší než 5 %, nižší upevňovací tlak lze utěsnit. Má také vlastní mazání, používá se jako těsnění ventilu, které může účinně zabránit opotřebení těsnění a dříku ventilu, jeho těsnicí výkon je samozřejmě lepší než tradiční azbestový materiál, takže je jedním z nejlepších těsnicích materiálů.
Protože výplň je obecně nekovový materiál, koeficient lineární roztažnosti je mnohem větší než u kovové výplně a dříku ventilu. Proto, když ucpávka sestavená při pokojové teplotě klesne na určitou teplotu, její smrštění je větší než smrštění ucpávkového otvoru a dříku ventilu, což může způsobit netěsnost v důsledku poklesu předpínacího tlaku. V konstrukci může být šroub ucpávky předepnut několika skupinami těsnění talířových pružin, takže předpínací síla těsnění při nízké teplotě může být plynule kompenzována, aby se zajistil těsnící účinek těsnění.
Kombinované těsnění dříku s nízkým únikem vyrobené společností Garlock Company ve Spojených státech, koncový kroužek je vyroben z kořene disku opleteného uhlíkovými vlákny, těsnící kroužek je vyroben z vysoce čistého litého grafitového proužku s diamantovou texturou, skrz strukturu misky a kužele a radiální expanzi vlastnosti, takže se zlepší těsnicí výkon.
Nízká teplotní deformace materiálu dříku také ovlivní těsnicí výkon těsnění. Proto, stejně jako těleso ventilu, kryt ventilu, těsnicí doplňkové materiály, musí být vřeteno po dokončení také kryogenním zpracováním, aby byla deformace při nízké teplotě malá. Navíc, protože austenitická nerezová ocel použitá v kryogenním materiálu dříku nemůže být tepelně zpracována, aby se zlepšila povrchová tvrdost, je pravděpodobnější, že se spoj mezi dříkem a těsněním navzájem pohmoždí, což má za následek prosakování těsnění. Proto musí být povrch stonku pokoven tvrdým chromem nebo nitridem, aby se zlepšila tvrdost povrchu.
3.2 Těsnění střední příruby
Jak střední přírubové těsnění ventilu, tak vnější připojení přírubového spojovacího ventilu jsou obecně ve formě těsnění. Protože materiál těsnění při nízké teplotě ztvrdne a sníží plasticitu, má těsnění pro nízkoteplotní ventily vyšší požadavky. Musí mít spolehlivé utěsnění a zotavení při normální teplotě, nízkých teplotách a změnách teploty. Vliv nízké teploty na výkon těsnění by měl být zvažován komplexně.
Podle běžně používaných forem těsnění se délka šroubu, tloušťka těsnění a příruby s klesající teplotou zmenšují. Aby bylo zajištěno spolehlivé těsnění těsnění při nízké teplotě, musí být splněno
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Zadejte
ΔH1 — Tahová deformace sestavy šroubu, mm
AH1 = 1 / E1H sigma
ΔHT1 — Smrštění šroubu v rozsahu teplot ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — smrštění těsnění v teplotní zóně ΔT, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Smrštění horní a spodní příruby v teplotní zóně ΔT, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Předpětí šroubu, N/mm
E1 — modul pružnosti šroubu, N/mm
α1, α2, α3 — jsou koeficienty lineární roztažnosti materiálů šroubů, těsnění a přírub, mm/m
H, H – mm
Když těsnění dosáhne projektované pracovní nízké teploty z pokojové teploty, součet smrštění horní a spodní příruby a smrštění těsnění musí být menší než součet smrštění šroubu a tahové deformace šroubu. montáž, aby bylo zajištěno, že těsnění má stále část předpětí při pracovní teplotě a udržuje těsnicí schopnost.
Podle toho by měly být při návrhu zohledněny čtyři aspekty. ① Šroub je vyroben z materiálu s větším koeficientem lineární roztažnosti, který má větší smrštění při nízké teplotě. ② Příruba je vyrobena z materiálu s menším koeficientem lineární roztažnosti pro snížení ΔHT3. ③ Snižte tloušťku těsnění a jako těsnění použijte materiál s malým koeficientem lineární roztažnosti. (4) Zvyšte tahovou deformaci šroubů.
U nízkoteplotních ventilů pod -100 ℃ je materiál těla a materiál šroubu obecně vyroben z austenitické nerezové oceli, koeficient lineární roztažnosti je stejný, takže je důležitější zvolit vhodný materiál těsnění a zvýšit deformaci šroubů v tahu. Ideální nízkoteplotní těsnicí materiál, při pokojové teplotě je jeho tvrdost nízká, při nízké teplotě může být odolnost dobrá, koeficient lineární roztažnosti je malý a má určitou mechanickou pevnost. V praktických aplikacích se obecně používají těsnění vinutí z nerezové pásky plněné azbestem nebo polytetrafluorethylenem nebo flexibilním grafitem, ideální je těsnící účinek těsnění vinutí z pružného grafitu a nerezové oceli. Pokud jde o zvýšenou deformaci šroubu v tahu, vzhledem k limitu předpětí instalace šroubu není zvýšená rezerva příliš velká, takže lze zvážit nastavení těsnění talířové pružiny pro kompenzaci.
Čas odeslání: 19. října 2022
