Brugen og tætningskravene til lavtemperaturventil, hvordan man vælger materialet til lavtemperaturventil

Brugen og tætningskravene til lavtemperaturventil, hvordan man vælger materialet til lavtemperaturventil

2. Lav temperaturs indflydelse på ventilens tætningsevne
2.1 Ikke-metalliske tætningspar
Kugleventiler og sommerfugleventiler, der arbejder ved stuetemperatur, bruger generelt metal til ikke-metallisk materiale tætningspar. På grund af den høje elasticitet af ikke-metalliske materialer er det specifikke tryk, der kræves til tætning, lille, så tætningen er god. Men ved lav temperatur, fordi udvidelseskoefficienten for ikke-metalliske materialer er meget større end for metalmaterialer, er krympningen af ​​den lave temperatur og krympningen af ​​metaltætninger, ventillegemer og andre dele meget forskellige, hvilket fører til alvorlig reduktion af tætningsspecifikt tryk og resultatet af tætning kan ikke forsegles. De fleste ikke-metalliske materialer stivner og bliver skøre ved kryogene temperaturer, mister sejhed, hvilket resulterer i koldt flow og stressafslapning. Såsom gummi ved en temperatur, der er lavere end dets glastemperatur, vil helt miste elasticiteten, blive glasagtig, miste sin tæthed. Derudover kan gummi ikke bruges til LNG-ventiler, fordi det har bobleekspansion i LNG-medium. Derfor, på nuværende tidspunkt i design af lav temperatur ventil, den generelle temperatur er lavere end -70 ℃ ikke længere bruge ikke-metalliske tætning hjælpematerialer, eller ikke-metalliske materialer gennem en speciel proces til metal og ikke-metallisk komposit struktur type.
Ifølge udenlandske optegnelser kan nogle ikke-metalliske materialer godt bruges i kryogen tilstand. I 1970'erne var "slip shod", en ny plast fra Irish Alloy Co., LTD., en slags polyethylen med ultrahøj molekylvægt, som havde god sejhed ved -269 ° C, ikke gik i stykker under visse slagspændinger, og opretholdt betydelig slidstyrke. Mylar-plasten udviklet i Frankrig er stadig ret elastisk ved temperaturen af ​​flydende brint (-253 ℃). Polycarbonatforseglingsholderen af ​​HT Lomanenko fra det tidligere Sovjetunionen blev testet i flydende nitrogen (-196 ℃). Dataene viser, at polycarbonatet har en god tætningseffekt ved lav temperatur.
2.2 Metaltætningspar
Under betingelse af lav temperatur øges styrken og hårdheden af ​​metalmaterialer, plasticitet og sejhed falder, hvilket viser forskellige grader af koldt skørt fænomen ved lav temperatur, påvirker ventilens ydeevne og sikkerhed alvorligt. For at forhindre lavspændingsskørhed af materialer ved lav temperatur, ved design af lavtemperaturventiler, anvendes ferritiske rustfrit stålmaterialer generelt, når temperaturen er højere end -100 ℃, mens når temperaturen er lavere end -100 ℃, ventilen hus, ventildæksel, ventilstamme og tætningssæde bruges mest med ansigtscentreret kubisk gitter austenitisk rustfrit stål, kobber og kobberlegering, aluminium og aluminiumslegering osv. Men fordi hårdheden af ​​aluminium og aluminiumslegering ikke er høj, er slidstyrken og slidstyrken på tætningsfladen dårlig, så den bruges sjældent i lavtemperaturventilen. Brug generelt austenitiske rustfrit stålmaterialer, almindeligt anvendte 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2(304, 316L), osv., Disse materialer har ingen lavtemperatur kold skør kritisk temperatur, under lave temperaturforhold, kan stadig opretholde høj sejhed.
Austenitisk rustfrit stål som et lavtemperaturventilmetaltætningshjælpemateriale har dog også nogle mangler. Fordi de fleste af disse materialer er i en metastabil tilstand ved stuetemperatur, omdannes austenitten i materialet til martensit, når temperaturen sænkes under faseovergangspunktet (MS). For kropscentreret kubisk gitter af martensit er densiteten lavere end for ansigtscentreret kubisk gitter af austenit, og fordi nogle carbonatomer arrangerer kropscentreret kubisk gitterpositionsregulering, får gitteret til at vokse langs C-aksen, således at stigningen i volumen ændres forårsaget af intern spænding, gør oprindeligt efter slibning opfylder tætningskravene for tætningsoverfladebukningsdeformation, hvilket resulterer i tætningsfejl.
Ud over deformationssvigt af tætningsoverfladen forårsaget af lavtemperaturfasetransformation, på grund af temperaturforskellen for hver del eller forskellen i fysiske egenskaber mellem forskellige materialer, hvilket resulterer i ujævn krympning, vil temperaturvariationsspænding også forekomme. Når spændingen er under materialets elasticitetsgrænse, frembringes en reversibel elastisk forvrængning i tætningsfladen. Når temperaturspændingen af ​​en del overstiger materialets flydegrænse, vil delene have irreversibel forvrængning og deformation, hvilket også vil forårsage svigt af tætningsfladen og påvirke tætningseffekten.
I lyset af indflydelsen af ​​lav temperatur på metaltætningsparret skal der træffes tilsvarende foranstaltninger for at gøre deformationen af ​​metaltætningsfladen lille, eller deformationen af ​​tætningsfladen har ringe indflydelse på tætningsydelsen. For det første, hvad angår materialer, bør vi prøve at vælge materialer med høj stabilitet af metallografisk struktur (såsom 316L, men med høje omkostninger). For det andet skal dæksel, stilk, tætning og andre austenitiske materialer fremstillet af dele behandles ved lav temperatur, således at martensittransformationen og deformationen af ​​materialet udføres fuldt ud før efterbehandling. Temperaturen ved lavtemperaturbehandling skal være lavere end materialefaseændringstemperaturen (MS) og lavere end ventilens faktiske arbejdstemperatur, og behandlingstiden skal være 2 ~ 4 timer. Om nødvendigt kan der udføres flere lavtemperaturbehandlinger eller passende ældningsbehandlinger. Ud over de ovennævnte foranstaltninger bør det strukturelle design også overvejes for at reducere virkningen af ​​tætningsoverfladedeformation på tætningsevnen, såsom i udformningen af ​​portventiler, kugleventiler og butterflyventiler kan overveje brugen af ​​elastisk tætningsstruktur, så at lavtemperaturdeformationen delvist kan kompenseres. For globeventilen skal være konisk tætningsstruktur, så lav temperatur deformation på tætningsfladen af ​​den lille påvirkning.
3. Indflydelse af lav temperatur på ventilens tætningsevne
3.1 Stampakning
På grund af defekterne i gummimateriale ved lav temperatur og det kolde skøre og alvorlige koldstrømningsfænomen i de fleste ikke-metalliske materialer, kan tætningsdesignet mellem spindlen og ventilhuset på lavtemperaturventilen ikke bruge formen af ​​tætningsring, kan brug kun pakkassens tætningsstruktur og bælgtætningsstrukturen. Generel bælgforsegling bruges i mediet tillader ikke sporlækage og er ikke egnet til pakke lejligheder, levetiden af ​​dens enkeltlagsstruktur er meget kort, omkostningerne ved flerlagsstruktur er høj, forarbejdning er vanskelig, så generelt ikke brugt.
Pakdåsens tætningsstruktur er let at fremstille og behandle, nem at vedligeholde og udskifte og er ret almindelig i praktisk anvendelse. Imidlertid kan den generelle arbejdstemperatur for pakningen ikke være lavere end -40 ℃. For at sikre pakningens tætningsevne skal lavtemperaturventilens pakkasseanordning betjenes under en tilstand, der er tæt på omgivelsestemperaturen. Ved lav temperatur, med faldet i temperaturen, forsvinder fyldstoffets elasticitet gradvist, og den lækagesikre ydeevne falder. På grund af medier lækage forårsaget af pakning og ventil spindel is, vil påvirke den normale drift af ventil spindel, men også på grund af bevægelsen af ​​ventil spindel vil være pakning ridse, der forårsager alvorlig lækage. Derfor skal lavtemperaturventilpakningen under normale omstændigheder arbejde ved en temperatur over 0 ℃, hvilket kræver udformningen af ​​den lange halsventildækselstruktur, så pakningsboksen væk fra lavtemperaturmediet og valg af pakning med lavtemperaturegenskaber. Almindeligt anvendte fyldstoffer er polytetrafluorethylen, asbest, imprægneret polytetrafluorethylen asbestreb og fleksibel grafit, blandt hvilke, fordi asbest ikke kan undgå permeabilitetslækage, er polytetrafluorethylen lineær ekspansionskoefficient meget stor, koldstrømningsfænomenet er alvorligt, så det bruges generelt ikke. Fleksibel grafit er et fremragende tætningsmateriale, gas, væske er uigennemtrængelige, kompressionshastighed er større end 40%, elasticitet er større end 15%, spændingsafslapning er mindre end 5%, det lavere fastgørelsestryk kan forsegles. Det har også selvsmøring, brugt som ventilpakning kan effektivt forhindre pakning og ventilstammeslid, dets tætningsevne er naturligvis bedre end det traditionelle asbestmateriale, så det er et af de mest fremragende tætningsmaterialer.
Fordi fyldstoffet generelt er ikke-metallisk materiale, er den lineære ekspansionskoefficient meget større end metalpåfyldningsboksen og ventilstammen. Derfor, når pakningen samlet ved stuetemperatur falder til en vis temperatur, er dens krympning større end pakningshullet og ventilstammen, hvilket kan forårsage lækage på grund af faldet i forspændingstrykket. I designet kan pakningsbolten forspændes med flere grupper af skivefjederpakninger, således at pakningens forspændingskraft ved lav temperatur kontinuerligt kan kompenseres for at sikre pakningens tætningseffekt.
Den kombinerede spindelpakning med lav lækage produceret af Garlock Company i USA, enderingen er lavet af kulfiberflettet skiverod, tætningsringen er lavet af grafitstrimler med høj renhed diamanttekstur, gennem kop- og keglestrukturen og radial ekspansion egenskaber, således at tætningsydelsen forbedres.
Den lave temperaturdeformation af stammematerialet vil også påvirke pakningens tætningsevne. Derfor, det samme som ventilhuset, ventildækslet, tætningstilbehørsmaterialer, skal stammen også være kryogenisk behandling efter efterbehandling, for at gøre lavtemperaturdeformationen lille. Fordi det austenitiske rustfri stål, der anvendes i det kryogene stammemateriale, ikke kan varmebehandles for at forbedre overfladens hårdhed, er det mere sandsynligt, at samlingen mellem stammen og pakningen knuses hinanden, hvilket resulterer i lækage ved pakningen. Derfor skal stilkens overflade belægges med hård krom eller nitrid for at forbedre overfladens hårdhed.
3.2 Mellemflangepakning
Både den midterste flangetætning på ventilen og den udvendige tilslutning af flangeforbindelsesventilen er generelt i form af pakninger. Da pakningsmaterialet vil hærde og reducere plasticiteten ved lav temperatur, stiller pakningen til lavtemperaturventiler højere krav. Det skal have pålidelig tætning og genvinding ved normal temperatur, lave temperatur og temperaturændringer. Indflydelsen af ​​lav temperatur på pakningens tætningsevne bør overvejes grundigt.
Ifølge de almindeligt anvendte tætningsformer vil boltlængden, pakningen og flangetykkelsen krympe, når temperaturen falder. For at sikre den pålidelige pakningstætning ved lav temperatur, skal den overholdes
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Indtast
ΔH1 — Trækdeformation af boltenhed, mm
ΔH1 = 1 / E1H sigma
ΔHT1 — Boltsvind i temperaturområdet ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — krympning af pakning i ΔT temperaturzone, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Krympning af øvre og nedre flanger i ΔT temperaturzone, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Bolt forspænding, N/mm
E1 — boltens elasticitetsmodul, N/mm
α1, α2, α3 — er den lineære ekspansionskoefficient for henholdsvis bolt-, paknings- og flangematerialer, mm/m
H, H – mm
Når pakningstætningen når den beregnede lave arbejdstemperatur fra stuetemperatur, skal summen af ​​krympningen af ​​de øvre og nedre flanger og krympningen af ​​pakningen være mindre end summen af ​​boltens krympning og boltens trækdeformation samling, for at sikre, at pakningen stadig har en del af forspændingen ved arbejdstemperaturen og opretholder tætningsevnen.
Derfor bør fire aspekter overvejes i designet. ① Bolten er lavet af materiale med større lineær ekspansionskoefficient, som har større krympning ved lav temperatur. ② Flangen er lavet af materiale med en mindre lineær ekspansionskoefficient for at reducere ΔHT3. ③ Reducer tykkelsen af ​​pakningen, og brug materialet med en lille lineær ekspansionskoefficient som pakningen. (4) Øg trækdeformationen af ​​bolte.
For lavtemperaturventiler under -100 ℃ er kropsmaterialet og boltmaterialet generelt lavet af austenitisk rustfrit stål, den lineære ekspansionskoefficient er den samme, så det er vigtigere at vælge det passende pakningsmateriale og øge boltens trækdeformation. Ideelt lavtemperaturpakningsmateriale, ved stuetemperatur er dets hårdhed lav, ved lav temperatur kan elasticiteten være god, lineær ekspansionskoefficient er lille og har en vis mekanisk styrke. I praktiske applikationer anvendes generelt viklingspakninger lavet af rustfrit stålbånd fyldt med asbest eller polytetrafluorethylen eller fleksibel grafit, og tætningseffekten af ​​viklingspakninger lavet af fleksibel grafit og rustfrit stål er ideel. Med hensyn til den øgede trækdeformation af bolten, på grund af grænsen for boltinstallationens forspænding, er den øgede margin ikke meget, så det kan overvejes at indstille skivefjederpakningen til at kompensere.