Madala temperatuuriga klapi kasutus- ja tihendusnõuded, kuidas valida madala temperatuuriga klapi materjali

Madala temperatuuriga klapi kasutus- ja tihendusnõuded, kuidas valida madala temperatuuriga klapi materjali

2. Madala temperatuuri mõju klapi tihendusvõimele
2.1 Mittemetallist tihenduspaarid
Toatemperatuuril töötavate kuul- ja liblikklappide puhul kasutatakse tavaliselt metallist mittemetallist materjali tihendite paare. Mittemetalliliste materjalide suure elastsuse tõttu on tihendamiseks vajalik erirõhk väike, seega on tihendus hea. Kuid madalal temperatuuril, kuna mittemetalliliste materjalide paisumiskoefitsient on palju suurem kui metallmaterjalidel, on madala temperatuuri kokkutõmbumine ning metalltihendite, klapikorpuste ja muude osade kokkutõmbumine palju erinev, mis põhjustab tihendamise erirõhu tõsist vähenemist ja tihendamise tulemust ei saa tihendada. Enamik mittemetallilisi materjale jäigastuvad ja muutuvad krüogeensetel temperatuuridel rabedaks, kaotades tugevuse, mille tulemuseks on külmvool ja pingete lõdvestumine. Näiteks kumm, mille temperatuur on madalam kui selle klaasi temperatuur, kaotab täielikult elastsuse, muutub klaasjaks, kaotab tiheduse. Lisaks ei saa kummi kasutada veeldatud maagaasi ventiilide jaoks, kuna sellel on LNG keskkonnas mullide paisumine. Seetõttu ei kasuta praegu madala temperatuuriga klapi projekteerimisel üldtemperatuur alla -70 ℃ enam mittemetallilisi tihendusmaterjale ega mittemetallilisi materjale spetsiaalse protsessi käigus metalli ja mittemetallist komposiitkonstruktsiooni tüüpi.
Välismaiste andmete kohaselt saab mõnda mittemetallist materjali hästi kasutada krüogeenses olekus. 1970. aastatel oli Irish Alloy Co., LTD. uus plast "slip shod" omamoodi ülikõrge molekulmassiga polüetüleen, millel oli -269 °C juures hea sitkus, mis ei purunenud teatud löögipinge all. ja säilitas märkimisväärse kulumiskindluse. Prantsusmaal välja töötatud Mylari plastik on vedela vesiniku temperatuuril (-253 ℃) endiselt üsna elastne. Endise Nõukogude Liidu HT Lomanenko polükarbonaadist tihendihoidjat testiti vedelas lämmastikus (-196 ℃). Andmed näitavad, et polükarbonaadil on madalal temperatuuril hea tihendusefekt.
2.2 Metallist tihendipaar
Madala temperatuuri tingimustes suureneb metallmaterjalide tugevus ja kõvadus, väheneb plastilisus ja sitkus, mis näitab erineval määral madala temperatuuriga külma rabe nähtust, mis mõjutab tõsiselt klapi jõudlust ja ohutust. Selleks, et vältida materjalide madalal temperatuuril tekkivat rabedat purunemist, kasutatakse madala temperatuuriga ventiilide projekteerimisel tavaliselt ferriitset roostevabast terasest materjale, kui temperatuur on kõrgem kui -100 ℃, samas kui temperatuur on madalam kui -100 ℃, kasutatakse ventiili. korpust, ventiili katet, ventiili varre ja tihendipesa kasutatakse enamasti koos näokeskse kuupvõrega austeniitsest roostevabast terasest, vasest ja vasesulamist, alumiiniumist ja alumiiniumisulam jne Kuid kuna alumiiniumi ja alumiiniumisulami kõvadus ei ole kõrge, on tihenduspinna kulumiskindlus ja kulumiskindlus halb, mistõttu kasutatakse seda madala temperatuuriga ventiilis harva. Tavaliselt kasutage austeniitsest roostevabast terasest materjale, tavaliselt kasutatavaid 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2 (304, 316L) jne, nendel materjalidel ei ole madala temperatuuriga külma rabedat kriitilist temperatuuri, madala temperatuuri tingimustes võivad need siiski säilitada kõrge sitkuse.
Kuid austeniitsel roostevabal terasel kui madala temperatuuriga klapi metallist tihendi abimaterjalil on ka mõningaid puudusi. Kuna enamik neist materjalidest on toatemperatuuril metastabiilses olekus, muutub materjalis olev austeniit martensiidiks, kui temperatuur langeb alla faasisiirdepunkti (MS). Kerekeskse martensiidi kuupvõre puhul on tihedus väiksem kui austeniidi näokeskse kuupvõre oma ja kuna mõned süsinikuaatomid korraldavad kehakeskse kuupvõre asendiregulatsiooni, muudavad võre piki C-telge kasvu, seega muutub ruumala suurenemine. põhjustatud sisemisest pingest, mis vastab algselt pärast lihvimist tihenduspinna painde deformatsiooni tihendusnõuetele, mille tulemuseks on tihendi rike.
Lisaks madala temperatuuriga faasimuutusest tingitud tihenduspinna deformatsioonitõrkele, mis on tingitud iga osa temperatuuride erinevusest või erinevate materjalide füüsikaliste omaduste erinevusest, mille tulemuseks on ebaühtlane kokkutõmbumine, ilmneb ka temperatuurimuutuse pinge. Kui pinge on alla materjali elastsuse piiri, tekib tihenduspinnas pöörduv elastsusmoonutus. Kui detaili temperatuuripinge ületab materjali voolavuspiiri, tekivad osad pöördumatud moonutused ja deformatsioonid, mis põhjustab ka tihenduspinna rikke ja mõjutab tihendusefekti.
Pidades silmas madala temperatuuri mõju metallist tihenduspaarile, tuleb võtta vastavaid meetmeid, et muuta metallist tihenduspinna deformatsioon väikeseks või tihenduspinna deformatsioonil oleks tihendusvõimele väike mõju. Esiteks, materjalide osas peaksime proovima valida metallograafilise struktuuri kõrge stabiilsusega materjale (näiteks 316L, kuid kõrge hinnaga). Teiseks tuleb korpuse, kate, vars, tihend ja muud osadest valmistatud austeniitsed materjalid töödelda madalal temperatuuril, et materjali martensiidi muundumine ja deformatsioon toimuks täielikult enne viimistlemist. Madala temperatuuriga töötlemise temperatuur peaks olema madalam kui materjali faasimuutuse temperatuur (MS) ja madalam kui klapi tegelik töötemperatuur ning töötlemisaeg peaks olema 2–4 ​​tundi. Vajadusel võib läbi viia mitmekordse madala temperatuuriga töötlemise või sobiva vananemistöötluse. Lisaks ülaltoodud meetmetele tuleks kaaluda ka konstruktsiooni ülesehitust, et vähendada tihenduspinna deformatsiooni mõju tihendusomadustele, näiteks väravaventiilide, kuulventiilide ja liblikklappide projekteerimisel võib kaaluda elastse tihendusstruktuuri kasutamist, et madala temperatuuri deformatsiooni saab osaliselt kompenseerida. Maakera ventiili jaoks peaks tihendi konstruktsioon olema kooniline, nii et madalal temperatuuril deformeeruks tihenduspind väikese mõjuga.
3. Madala temperatuuri mõju klapi tihendusvõimele
3.1 Varre tihend
Madala temperatuuriga kummimaterjali defektide ja enamiku mittemetalliliste materjalide külma rabeda ja tõsise külmavoolu tõttu ei saa madala temperatuuriga klapi varre ja ventiili korpuse vaheline tihenduskonstruktsioon kasutada tihendusrõnga kuju, kasutage ainult pakkekarbi tihenduskonstruktsiooni ja lõõtsa tihenduskonstruktsiooni. Söötmes kasutatakse üldist lõõtsatihendit, mis ei võimalda leket ja ei sobi pakkimiseks, selle ühekihilise struktuuri eluiga on väga lühike, mitmekihilise struktuuri maksumus on kõrge, töötlemine on keeruline, seega üldiselt mitte. kasutatud.
Tihendikarbi tihenduskonstruktsiooni on lihtne valmistada ja töödelda, seda on lihtne hooldada ja vahetada ning see on praktikas üsna tavaline. Kuid pakendi üldine töötemperatuur ei tohi olla madalam kui -40 ℃. Pakendi tihendamise tagamiseks tuleks madala temperatuuriga klapi tihenduskarbi seadet kasutada keskkonnatemperatuuri lähedal. Madalal temperatuuril kaob koos temperatuuri langusega täiteaine elastsus järk-järgult ja lekkekindlus väheneb. Pakkimisest ja klapivarre jääst põhjustatud kandja lekke tõttu mõjutab see klapivarre normaalset tööd, aga ka klapivarre liikumise tõttu tekib tihendi kriimustus, mis põhjustab tõsist leket. Seetõttu peab madala temperatuuriga klapi tihend normaalsetes tingimustes töötama temperatuuril üle 0 ℃, mis nõuab pika kaela ventiili kattekonstruktsiooni konstruktsiooni nii, et tihenduskast oleks eemal madala temperatuuriga keskkonnast ja tihendi valik. madala temperatuuri omadustega. Tavaliselt kasutatavad täiteained on polütetrafluoroetüleen, asbest, immutatud polütetrafluoroetüleenist asbestiköis ja painduv grafiit, mille hulgas, kuna asbest ei saa vältida läbilaskvuse leket, on polütetrafluoroetüleeni lineaarne paisumiskoefitsient väga suur, külma voolu nähtus on tõsine, seega üldiselt ei kasutata. Paindlik grafiit on suurepärane tihendusmaterjal, gaas, vedelik on mitteläbilaskvad, kokkusurumisaste on suurem kui 40%, elastsus on suurem kui 15%, pinge leevendamine on alla 5%, madalama kinnitusrõhu saab tihendada. Sellel on ka isemääre, mida kasutatakse ventiili tihendusena, mis võib tõhusalt ära hoida tihendi ja klapivarre kulumist, selle tihendusomadused on ilmselt paremad kui traditsioonilisel asbestimaterjalil, seega on see üks suurepärasemaid tihendusmaterjale.
Kuna täiteaine on üldiselt mittemetallist materjal, on lineaarne paisumistegur palju suurem kui metallist täitekarbil ja klapivarrel. Seega, kui toatemperatuuril kokkupandud tihend langeb teatud temperatuurini, on selle kokkutõmbumine suurem kui tihendusava ja klapivarre oma, mis võib eellaadimisrõhu vähenemise tõttu põhjustada lekkeid. Konstruktsioonis saab tihendustihendi polti eellaadida mitme ketasvedrutihendite rühmaga, nii et tihendi eelkoormusjõudu madalal temperatuuril saab pidevalt kompenseerida, et tagada tihendi tihendus.
Madala lekkega kombineeritud varre tihend, mida toodab Garlock Company Ameerika Ühendriikides, otsarõngas on valmistatud süsinikkiust põimitud ketasjuurest, tihendusrõngas on valmistatud kõrge puhtusastmega teemanttekstuuriga grafiitriba vormimisest, läbi tassi ja koonuse struktuuri ning radiaalse laienemise. omadused, nii et tihendusvõime paraneb.
Varre materjali madala temperatuuriga deformatsioon mõjutab ka pakendi tihendusvõimet. Seetõttu, nagu klapi korpus, klapikate, tihendustarvikute materjalid, peab vars olema ka pärast viimistlust krüogeenset töötlemist, et madala temperatuuri deformatsioon oleks väike. Lisaks, kuna krüogeense varre materjalis kasutatavat austeniitset roostevaba terast ei saa pinna kõvaduse parandamiseks kuumtöödelda, on varre ja tihendi vaheline ühendus tõenäolisem üksteist muljuda, mille tulemuseks on tihendis lekkimine. Seetõttu tuleb varre pind pinna kõvaduse parandamiseks katta kõva kroomi või nitriidiga.
3.2 Keskmise ääriku tihend
Nii klapi keskmine ääriku tihend kui ka äärikuühendusklapi välisühendus on üldjuhul tihendite kujul. Kuna tihendi materjal kõveneb ja vähendab plastilisust madalal temperatuuril, on madala temperatuuriga klappide tihendil kõrgemad nõuded. Sellel peab olema usaldusväärne tihendus ja taastumine normaalsel temperatuuril, madalal temperatuuril ja temperatuurimuutustel. Madala temperatuuri mõju tihendi tihendamiseks tuleks põhjalikult käsitleda.
Tavaliselt kasutatavate tihendite tihendusvormide kohaselt kahaneb poldi pikkus, tihendi ja ääriku paksus temperatuuri langedes. Tihendi usaldusväärse tihendamise tagamiseks madalal temperatuuril tuleb see täita
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Sisestage
ΔH1 — poldisõlme tõmbedeformatsioon, mm
ΔH1 = 1/E1H sigma
ΔHT1 — poldi kokkutõmbumine temperatuurivahemikus ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — tihendi kokkutõmbumine ΔT temperatuuritsoonis, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — ülemiste ja alumiste äärikute kokkutõmbumine ΔT temperatuuritsoonis, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — poldi eelkoormus, N/mm
E1 — poldi elastsusmoodul, N/mm
α1, α2, α3 – on vastavalt poldi, tihendi ja ääriku materjalide lineaarne paisumiskoefitsient, mm/m
H, H – mm
Kui tihendi tihend saavutab toatemperatuurist kavandatud madala töötemperatuuri, peab ülemise ja alumise ääriku kokkutõmbumise ja tihendi kokkutõmbumise summa olema väiksem kui poldi kokkutõmbumise ja poldi tõmbedeformatsiooni summa. kokkupanek, et tagada, et tihendil oleks töötemperatuuril osa eelpingest ja säiliks tihendusvõime.
Seetõttu tuleks projekteerimisel arvestada nelja aspektiga. ① Polt on valmistatud suurema lineaarse paisumisteguriga materjalist, millel on madalal temperatuuril suurem kokkutõmbumine. ② Äärik on valmistatud materjalist, millel on väiksem lineaarpaisumistegur, et vähendada ΔHT3. ③ Vähendage tihendi paksust ja kasutage tihendina väikese lineaarse paisumisteguriga materjali. (4) Suurendage poltide tõmbedeformatsiooni.
Madala temperatuuriga ventiilide puhul alla -100 ℃ on korpuse materjal ja poldi materjal tavaliselt valmistatud austeniitsest roostevabast terasest, lineaarne paisumistegur on sama, seega on olulisem valida sobiv tihendi materjal ja suurendada poltide tõmbedeformatsiooni. Ideaalne madala temperatuuriga tihendimaterjal, toatemperatuuril on selle kõvadus madal, madalal temperatuuril võib vastupidavus olla hea, lineaarpaisumistegur on väike ja sellel on teatud mehaaniline tugevus. Praktilistes rakendustes kasutatakse tavaliselt asbesti või polütetrafluoretüleeni või painduva grafiidiga täidetud roostevabast teraslindist mähise tihendeid ning painduvast grafiidist ja roostevabast terasest valmistatud mähise tihendite tihendusefekt on ideaalne. Mis puudutab poldi suurenenud tõmbedeformatsiooni, siis poldi paigalduse eelkoormuse piiri tõttu ei ole suurenenud varu palju, mistõttu võib kaaluda ketasvedru tihendi seadmist kompenseerimiseks.