الزامات استفاده و آب بندی شیر دمای پایین نحوه انتخاب ماده شیر دمای پایین

الزامات استفاده و آب بندی شیر دمای پایین نحوه انتخاب ماده شیر دمای پایین

2. تأثیر دمای پایین بر عملکرد آب بندی شیر
2.1 جفت آب بندی غیر فلزی
شیرهای توپی و شیرهای پروانه ای که در دمای اتاق کار می کنند معمولاً از جفت مهر و موم فلز به مواد غیرفلزی استفاده می کنند. به دلیل خاصیت ارتجاعی بالای مواد غیر فلزی، فشار ویژه مورد نیاز برای آب بندی کم است، بنابراین آب بندی خوب است. با این حال، در دمای پایین، به دلیل اینکه ضریب انبساط مواد غیرفلزی بسیار بیشتر از مواد فلزی است، انقباض دمای پایین و انقباض مهر و موم های فلزی، بدنه شیر و سایر قطعات بسیار متفاوت است که منجر به کاهش جدی فشار خاص آب بندی و نتیجه آب بندی نمی تواند آب بندی شود. بیشتر مواد غیر فلزی در دماهای برودتی سفت و شکننده می‌شوند و چقرمگی را از دست می‌دهند و در نتیجه جریان سرد و آرامش استرس ایجاد می‌شود. مانند لاستیک در دمای کمتر از دمای شیشه آن، کاملاً خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهد، شیشه ای می شود، سفتی خود را از دست می دهد. علاوه بر این، لاستیک را نمی توان برای شیرهای LNG استفاده کرد زیرا دارای انبساط حباب در محیط LNG است. بنابراین، در حال حاضر در طراحی شیر دمای پایین، دمای عمومی پایین تر از -70 ℃ است، دیگر از مواد کمکی آب بندی غیر فلزی یا مواد غیر فلزی از طریق یک فرآیند خاص به نوع ساختار کامپوزیت فلزی و غیر فلزی استفاده نمی شود.
با توجه به سوابق خارجی، برخی از مواد غیر فلزی را می توان به خوبی در حالت برودتی استفاده کرد. در دهه 1970، "Slip Shod"، یک پلاستیک جدید از شرکت Irish Alloy، LTD.، نوعی پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا بود که در دمای 269- درجه سانتی گراد چقرمگی خوبی داشت، تحت فشار ضربه خاصی شکسته نمی شد. و مقاومت سایشی قابل توجهی را حفظ کرد. پلاستیک Mylar توسعه یافته در فرانسه هنوز در دمای هیدروژن مایع (253- درجه سانتیگراد) کاملاً الاستیک است. نگهدارنده مهر و موم پلی کربنات HT Lomanenko از اتحاد جماهیر شوروی سابق در نیتروژن مایع (-196℃) آزمایش شد. داده ها نشان می دهد که پلی کربنات در دمای پایین اثر آب بندی خوبی دارد.
2.2 جفت مهر و موم فلزی
در شرایط دمای پایین، استحکام و سختی مواد فلزی افزایش می‌یابد، پلاستیسیته و چقرمگی کاهش می‌یابد، نشان دادن درجات مختلف پدیده شکنندگی سرد در دمای پایین، به طور جدی بر عملکرد و ایمنی شیر تأثیر می‌گذارد. به منظور جلوگیری از شکست کم تنش ترد مواد در دمای پایین، هنگام طراحی دریچه‌های دمای پایین، معمولاً از مواد فولاد ضد زنگ فریتی زمانی که دما بالاتر از -100 درجه سانتیگراد است استفاده می‌شود، در حالی که زمانی که دما کمتر از -100 درجه سانتیگراد است، شیر بدنه، پوشش سوپاپ، میل سوپاپ و نشیمنگاه آب بندی بیشتر با فولاد زنگ نزن آستنیتی آستنیتی شبکه مکعبی محور، مس استفاده می شود. و آلیاژ مس، آلومینیم و آلیاژ آلومینیوم و ... اما چون سختی آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم زیاد نیست، مقاومت سایشی و مقاومت سایشی سطح آب بندی ضعیف است، بنابراین به ندرت در شیر دمای پایین استفاده می شود. به طور کلی از مواد فولادی ضد زنگ آستنیتی استفاده می شود، معمولاً از 0Cr18Ni9، 00Cr17Ni12Mo2 (304، 316L) و غیره استفاده می شود، این مواد دمای بحرانی سرد و شکننده ندارند، در شرایط دمای پایین، هنوز هم می توانند چقرمگی بالا را حفظ کنند.
با این حال، فولاد ضد زنگ آستنیتی به عنوان یک ماده کمکی مهر و موم فلزی دریچه دمای پایین نیز دارای کاستی هایی است. از آنجایی که بیشتر این مواد در دمای اتاق در حالت ناپایدار هستند، آستنیت موجود در مواد زمانی که دما به زیر نقطه انتقال فاز (MS) کاهش می‌یابد به مارتنزیت تبدیل می‌شود. برای شبکه مکعبی مرکز بدن مارتنزیت چگالی کمتر از شبکه مکعبی آستنیتی است و از آنجا که برخی اتم‌های کربن تنظیم موقعیت شبکه مکعبی مرکز بدن را ترتیب می‌دهند، شبکه را در امتداد رشد محور C ایجاد می‌کنند، بنابراین افزایش حجم تغییر می‌کند. ناشی از تنش داخلی، در اصل پس از سنگ زنی الزامات آب بندی تغییر شکل کمانش سطح آب بندی را برآورده می کند، که منجر به خرابی مهر و موم
علاوه بر شکست تغییر شکل سطح آب بندی ناشی از تبدیل فاز با دمای پایین، به دلیل اختلاف دمای هر قسمت یا تفاوت خواص فیزیکی بین مواد مختلف و در نتیجه انقباض ناهموار، تنش تغییرات دما نیز رخ خواهد داد. هنگامی که تنش زیر حد الاستیک ماده باشد، یک اعوجاج الاستیک برگشت پذیر در سطح آب بندی ایجاد می شود. هنگامی که تنش دمایی قطعه از حد تسلیم ماده بیشتر شود، قطعات دارای اعوجاج و تغییر شکل غیرقابل برگشتی خواهند بود که این امر نیز باعث شکست سطح آب بندی و اثر آب بندی می شود.
با توجه به تأثیر دمای پایین بر روی جفت آب بندی فلز، باید اقدامات مربوطه انجام شود تا تغییر شکل سطح آب بندی فلز کوچک شود یا تغییر شکل سطح آب بندی تأثیر کمی بر عملکرد آب بندی داشته باشد. اولاً از نظر متریال باید سعی شود موادی با پایداری ساختار متالوگرافی بالا (مانند 316L اما با هزینه بالا) انتخاب شود. ثانیاً، برای بدنه، پوشش، ساقه، مهر و موم و سایر مواد آستنیتی ساخته شده از قطعات باید در دمای پایین پردازش شوند، به طوری که تغییر شکل مارتنزیت و تغییر شکل ماده قبل از اتمام به طور کامل انجام شود. دمای عملیات دمای پایین باید کمتر از دمای تغییر فاز ماده (MS) و کمتر از دمای کار واقعی شیر باشد و زمان درمان باید 2 تا 4 ساعت باشد. در صورت لزوم می توان چندین درمان با دمای پایین یا درمان پیری مناسب انجام داد. علاوه بر اقدامات فوق، طراحی سازه نیز باید در نظر گرفته شود تا تاثیر تغییر شکل سطح آب بندی بر عملکرد آب بندی را کاهش دهد، از جمله در طراحی شیرهای دروازه، شیرهای توپی و شیرهای پروانه ای می توان استفاده از ساختار آب بندی الاستیک را در نظر گرفت. که تغییر شکل دمای پایین را می توان تا حدی جبران کرد. برای دریچه جهان باید ساختار مهر و موم مخروطی، به طوری که تغییر شکل درجه حرارت پایین بر روی سطح مهر و موم از ضربه کوچک.
3. تأثیر دمای پایین بر عملکرد آب بندی شیر
3.1 بسته بندی ساقه
با توجه به نقص مواد لاستیکی در دمای پایین و پدیده شکننده سرد و جدی جریان سرد اغلب مواد غیر فلزی، طراحی آب بندی بین ساقه و بدنه شیر شیر دمای پایین نمی تواند از شکل حلقه آب بندی استفاده کند. فقط از ساختار آب بندی جعبه بسته بندی و ساختار آب بندی دم استفاده کنید. مهر و موم دم عمومی در محیط استفاده می شود اجازه نشت اثری را نمی دهد و برای موارد بسته بندی مناسب نیست، عمر ساختار تک لایه آن بسیار کوتاه است، هزینه ساختار چند لایه بالا است، پردازش دشوار است، بنابراین به طور کلی نه استفاده می شود.
ساختار آب بندی جعبه پر کردن آسان برای ساخت و پردازش، نگهداری و جایگزینی آسان است و در کاربرد عملی بسیار رایج است. با این حال، دمای کار عمومی بسته بندی نمی تواند کمتر از -40 درجه سانتیگراد باشد. به منظور اطمینان از عملکرد آب بندی بسته بندی، دستگاه جعبه بسته بندی شیر دمای پایین باید در شرایط نزدیک به دمای محیط کار کند. در دمای پایین، با کاهش دما، خاصیت ارتجاعی پرکننده به تدریج از بین می رود و عملکرد ضد نشتی کاهش می یابد. با توجه به نشت رسانه های ناشی از بسته بندی و یخ ساقه سوپاپ، عملکرد طبیعی ساقه سوپاپ را تحت تاثیر قرار می دهد، اما همچنین به دلیل حرکت ساقه سوپاپ، خراش بسته می شود و باعث نشت جدی می شود. بنابراین، در شرایط عادی، پکینگ شیر دمای پایین برای کار در دمای بالاتر از 0 درجه سانتیگراد مورد نیاز است، که نیاز به طراحی ساختار پوشش دریچه گردنی بلند دارد، به طوری که جعبه بسته بندی از محیط دمای پایین دور شود و بسته بندی انتخاب شود. با مشخصات دمای پایین پرکننده های متداول مورد استفاده پلی تترافلوئورواتیلن، آزبست، طناب آزبست پلی تترا فلوئورواتیلن آغشته شده و گرافیت انعطاف پذیر هستند، که در میان آنها، چون آزبست نمی تواند از نشت نفوذپذیری جلوگیری کند، ضریب انبساط خطی پلی تترا فلوئورواتیلن بسیار بزرگ است، پدیده جریان سرد جدی است، بنابراین به طور کلی استفاده نمی شود. گرافیت انعطاف پذیر یک ماده مهر و موم عالی است، گاز، مایع غیر قابل نفوذ هستند، نرخ فشرده سازی بیشتر از 40٪، انعطاف پذیری بیشتر از 15٪، آرامش استرس کمتر از 5٪ است، فشار بست پایین تر می تواند مهر و موم شود. همچنین دارای روانکاری خود است، به عنوان بسته بندی سوپاپ استفاده می شود که می تواند به طور موثر از بسته بندی و سایش ساقه سوپاپ جلوگیری کند، عملکرد آب بندی آن بدیهی است که بهتر از مواد آزبست سنتی است، بنابراین یکی از عالی ترین مواد آب بندی است.
از آنجایی که پرکننده عموماً مواد غیرفلزی است، ضریب انبساط خطی بسیار بزرگتر از جعبه پرکننده فلزی و میل سوپاپ است. بنابراین، هنگامی که پکینگ مونتاژ شده در دمای اتاق به دمای معینی کاهش می یابد، انقباض آن بیشتر از سوراخ بسته بندی و میل سوپاپ است که ممکن است به دلیل کاهش فشار پیش بارگذاری باعث نشتی شود. در طراحی، پیچ گلند بسته بندی را می توان با چندین گروه از واشرهای فنر دیسکی از قبل بارگذاری کرد، به طوری که نیروی پیش بارگذاری بسته بندی در دمای پایین می تواند به طور مداوم جبران شود تا از اثر آب بندی بسته بندی اطمینان حاصل شود.
بسته بندی ساقه ترکیبی کم نشت تولید شده توسط شرکت Garlock در ایالات متحده، حلقه انتهایی از ریشه دیسک بافته فیبر کربن ساخته شده است، حلقه آب بندی از قالب گیری نوار گرافیت با بافت الماس با خلوص بالا، از طریق ساختار فنجانی و مخروطی و انبساط شعاعی ساخته شده است. ویژگی ها، به طوری که عملکرد آب بندی بهبود می یابد.
تغییر شکل دمای پایین مواد ساقه نیز بر عملکرد آب بندی بسته بندی تأثیر می گذارد. بنابراین، همانطور که بدن شیر، پوشش دریچه، آب بندی مواد لوازم جانبی، ساقه نیز باید پردازش برودتی پس از اتمام، به منظور ایجاد تغییر شکل دمای پایین کوچک است. علاوه بر این، از آنجایی که فولاد ضد زنگ آستنیتی مورد استفاده در مواد ساقه برودتی را نمی توان برای بهبود سختی سطح تحت عملیات حرارتی قرار داد، اتصال بین ساقه و بسته بندی به احتمال زیاد یکدیگر را کبود می کند و در نتیجه نشت در بسته بندی ایجاد می کند. بنابراین، سطح ساقه باید با کروم یا نیترید سخت پوشش داده شود تا سختی سطح بهبود یابد.
3.2 واشر فلنج میانی
هم مهر و موم فلنج میانی شیر و هم اتصال خارجی شیر اتصال فلنج عموماً به صورت واشر هستند. از آنجایی که مواد واشر در دمای پایین سخت می شود و انعطاف پذیری را کاهش می دهد، واشر برای دریچه های دمای پایین نیازهای بیشتری دارد. باید در دمای معمولی، دمای پایین و تغییرات دما دارای آب بندی و بازیابی قابل اعتماد باشد. تأثیر دمای پایین بر عملکرد آب بندی واشر باید به طور جامع در نظر گرفته شود.
با توجه به اشکال رایج آب بندی واشر، طول پیچ، واشر و ضخامت فلنج با کاهش دما کاهش می یابد. به منظور اطمینان از آب بندی قابل اعتماد واشر در دمای پایین، باید رعایت شود
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 را تایپ کنید
ΔH1 - تغییر شکل کششی مجموعه پیچ، میلی متر
Δ H1 = 1 / E1H سیگما
ΔHT1 - انقباض پیچ در محدوده دمایی ΔT، میلی متر
Δ HT1 Δ T = H آلفا 1
ΔHT - انقباض واشر در منطقه دمای ΔT، میلی متر
Δ HT = آلفا 2 Δ h T
ΔHT3 - انقباض فلنج های بالا و پایین در منطقه دمای ΔT، میلی متر
Δ HT3 = آلفا 3 Δ T1 (H - H)
σ1 - پیش بار پیچ، N/mm
E1 - مدول الاستیک پیچ، N/mm
α1، α2، α3 - ضریب انبساط خطی مواد پیچ، واشر و فلنج، به ترتیب mm/m هستند.
H، H - میلی متر
هنگامی که آب بند واشر از دمای اتاق به دمای پایین کار طراحی شده می رسد، مجموع انقباض فلنج های بالا و پایین و انقباض واشر باید کمتر از مجموع انقباض پیچ و تغییر شکل کششی پیچ باشد. مونتاژ، به طوری که اطمینان حاصل شود که واشر هنوز بخشی از پیش بار را در دمای کار دارد و توانایی آب بندی را حفظ می کند.
بر این اساس، در طراحی باید چهار جنبه در نظر گرفته شود. ① پیچ از موادی با ضریب انبساط خطی بزرگتر ساخته شده است که در دمای پایین انقباض بیشتری دارد. ② فلنج از موادی با ضریب انبساط خطی کوچکتر برای کاهش ΔHT3 ساخته شده است. ③ ضخامت واشر را کاهش دهید و از مواد با ضریب انبساط خطی کوچک به عنوان واشر استفاده کنید. (4) تغییر شکل کششی پیچ ها را افزایش دهید.
برای دریچه های دمای پایین زیر -100 ℃، مواد بدنه و مواد پیچ ​​به طور کلی از فولاد ضد زنگ آستنیتی ساخته شده اند، ضریب انبساط خطی یکسان است، بنابراین انتخاب ماده واشر مناسب و افزایش تغییر شکل کششی پیچ ها مهم تر است. مواد واشر با دمای پایین ایده آل، در دمای اتاق سختی آن کم است، در دمای پایین انعطاف پذیری می تواند خوب باشد، ضریب انبساط خطی کوچک است و دارای مقاومت مکانیکی خاصی است. در کاربردهای عملی، معمولاً از واشرهای سیم پیچی ساخته شده از نوار فولادی ضد زنگ پر شده با آزبست یا پلی تترا فلوراتیلن یا گرافیت انعطاف پذیر استفاده می شود و اثر آب بندی واشرهای سیم پیچی ساخته شده از گرافیت انعطاف پذیر و فولاد ضد زنگ ایده آل است. در مورد افزایش تغییر شکل کششی پیچ، به دلیل محدودیت پیش بار نصب پیچ، حاشیه افزایش یافته زیاد نیست، بنابراین می توان واشر فنر دیسکی را برای جبران در نظر گرفت.