Upotreba i zahtjevi za brtvljenje niskotemperaturnog ventila kako odabrati materijal niskotemperaturnog ventila

Upotreba i zahtjevi za brtvljenje niskotemperaturnog ventila kako odabrati materijal niskotemperaturnog ventila

2. Utjecaj niske temperature na brtvljenje ventila
2.1 Nemetalni brtveni parovi
Kuglasti ventili i leptir ventili koji rade na sobnoj temperaturi općenito koriste metalne i nemetalne parove brtvila. Zbog velike elastičnosti nemetalnih materijala, specifični tlak potreban za brtvljenje je mali, tako da je brtvljenje dobro. Međutim, na niskim temperaturama, budući da je koeficijent širenja nemetalnih materijala mnogo veći od koeficijenta rastezanja metalnih materijala, skupljanje na niskim temperaturama i skupljanje metalnih brtvi, tijela ventila i drugih dijelova znatno se razlikuju, što dovodi do ozbiljno smanjenje specifičnog tlaka brtvljenja i rezultat brtvljenja ne može biti zapečaćen. Većina nemetalnih materijala ukrućuje se i postaje krhka na niskim temperaturama, gubi žilavost, što rezultira hladnim tečenjem i popuštanjem naprezanja. Kao što je guma na temperaturi nižoj od temperature stakla, potpuno će izgubiti elastičnost, postati staklasta, izgubiti nepropusnost. Osim toga, guma se ne može koristiti za LNG ventile jer ima ekspanziju mjehurića u LNG mediju. Stoga, trenutno u dizajnu niskotemperaturnog ventila, opća temperatura je niža od -70 ℃, više se ne koriste nemetalni pomoćni materijali za brtvljenje ili nemetalni materijali kroz poseban proces u metalnu i nemetalnu kompozitnu strukturu.
Prema stranim zapisima, neki nemetalni materijali mogu se dobro koristiti u kriogenom stanju. U 1970-ima, "slip shod", nova plastika tvrtke Irish Alloy Co., LTD., bila je vrsta polietilena ultra-visoke molekularne težine, koji je imao dobru žilavost na -269 °C, nije se lomio pod određenim udarnim naprezanjem, i zadržao značajnu otpornost na trošenje. Mylar plastika razvijena u Francuskoj još uvijek je prilično elastična na temperaturi tekućeg vodika (-253 ℃). Polikarbonatni držač pečata HT Lomanenka iz bivšeg Sovjetskog Saveza testiran je u tekućem dušiku (-196 ℃). Podaci pokazuju da polikarbonat ima dobar učinak brtvljenja na niskim temperaturama.
2.2 Par metalnih brtvi
U uvjetima niskih temperatura, čvrstoća i tvrdoća metalnih materijala se povećavaju, plastičnost i žilavost se smanjuju, pokazujući različite stupnjeve niske temperature, hladno krhki fenomen, ozbiljno utječe na performanse i sigurnost ventila. Kako bi se spriječio krti lom materijala pri niskom naprezanju pri niskim temperaturama, pri projektiranju niskotemperaturnih ventila, feritni materijali od nehrđajućeg čelika općenito se koriste kada je temperatura viša od -100 ℃, dok kada je temperatura niža od -100 ℃, ventil tijelo, poklopac ventila, stablo ventila i brtveno sjedište uglavnom se koriste s austenitnim nehrđajućim čelikom, bakrom i bakrom s centriranom kubičnom rešetkom legura, aluminij i aluminijske legure itd. Ali budući da tvrdoća aluminija i aluminijskih legura nije visoka, otpornost na habanje i otpornost na habanje brtvene površine je loša, pa se rijetko koristi u ventilu za niske temperature. Općenito se koriste materijali od austenitnog nehrđajućeg čelika, najčešće korišteni 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2(304, 316L) itd., ovi materijali nemaju niskotemperaturnu hladno krhku kritičnu temperaturu, pod uvjetima niske temperature, još uvijek mogu održati visoku žilavost.
Međutim, austenitni nehrđajući čelik kao pomoćni materijal za metalnu brtvu ventila za niske temperature također ima neke nedostatke. Budući da je većina ovih materijala u metastabilnom stanju na sobnoj temperaturi, austenit u materijalu prelazi u martenzit kada se temperatura spusti ispod točke faznog prijelaza (MS). Za tjelesno centriranu kubičnu rešetku martenzita gustoća je niža od gustoće plošno centrirane kubične rešetke austenita, a budući da neki atomi ugljika uređuju regulaciju položaja kubične rešetke centrirane na tijelu, čine rešetku rastom duž osi C, čime se povećanje volumena mijenja uzrokovan unutarnjim naprezanjem, prvotno nakon brušenja zadovolji zahtjeve za brtvljenje deformacije izvijanja brtvene površine, što rezultira kvarom brtve.
Uz neuspjeh deformacije brtvene površine uzrokovan niskotemperaturnom faznom transformacijom, zbog temperaturne razlike svakog dijela ili razlike u fizičkim svojstvima između različitih materijala, što rezultira neravnomjernim skupljanjem, također će se pojaviti temperaturna varijacija. Kada je naprezanje ispod granice elastičnosti materijala, dolazi do reverzibilne elastične deformacije u brtvenoj površini. Kada temperaturno naprezanje dijela prijeđe granicu tečenja materijala, dijelovi će imati nepovratno izobličenje i deformaciju, što će također uzrokovati kvar brtvene površine i utjecati na učinak brtvljenja.
S obzirom na utjecaj niske temperature na metalni brtveni par, moraju se poduzeti odgovarajuće mjere kako bi deformacija metalne brtvene površine bila mala ili da deformacija brtvene površine ima mali utjecaj na učinak brtvljenja. Prvo, što se tiče materijala, trebali bismo pokušati odabrati materijale visoke stabilnosti metalografske strukture (kao što je 316L, ali visoke cijene). Drugo, za tijelo, poklopac, stablo, brtvu i druge austenitske materijale izrađene od dijelova moraju se obraditi na niskoj temperaturi, tako da se martenzitna transformacija i deformacija materijala u potpunosti provedu prije završne obrade. Temperatura obrade na niskoj temperaturi treba biti niža od temperature promjene faze materijala (MS) i niža od stvarne radne temperature ventila, a vrijeme obrade treba biti 2 ~ 4 sata. Ako je potrebno, može se provesti višestruki tretman na niskim temperaturama ili odgovarajući tretman starenja. Uz gore navedene mjere, konstrukcijski dizajn također treba uzeti u obzir kako bi se smanjio utjecaj deformacije brtvene površine na performanse brtvljenja, kao što je u dizajnu zasuna, kuglastih ventila i leptir ventila moguće razmotriti upotrebu elastične brtvene strukture, tako da da se niskotemperaturna deformacija može djelomično kompenzirati. Za kuglasti ventil treba imati stožastu brtvenu strukturu, tako da niske temperature deformacije na brtvenoj površini imaju mali utjecaj.
3. Utjecaj niske temperature na brtvljenje ventila
3.1 Pakiranje vretena
Zbog nedostataka gumenog materijala na niskoj temperaturi i hladno krhkog i ozbiljnog fenomena hladnog protoka većine nemetalnih materijala, dizajn brtve između stabla i tijela ventila niskotemperaturnog ventila ne može koristiti oblik brtvenog prstena, može koristite samo strukturu za brtvljenje kutije za pakiranje i strukturu za brtvljenje mijeha. Opća brtva s mijehom koristi se u mediju ne dopušta tragove curenja i nije prikladna za pakiranje, vijek trajanja njene jednoslojne strukture je vrlo kratak, trošak višeslojne strukture je visok, obrada je teška, tako da općenito nije koristi se.
Brtvena struktura kutije za brtvljenje jednostavna je za proizvodnju i obradu, jednostavna za održavanje i zamjenu, a prilično je uobičajena u praktičnoj primjeni. Međutim, opća radna temperatura pakiranja ne smije biti niža od -40 ℃. Kako bi se osigurala izvedba brtvljenja pakiranja, uređaj kutije za pakiranje niskotemperaturnog ventila trebao bi raditi pod uvjetima koji su bliski temperaturi okoline. Na niskim temperaturama, s padom temperature, elastičnost punila postupno nestaje, a nepropusnost opada. Zbog curenja medija uzrokovanog pakiranjem i ledom na vretenu ventila, to će utjecati na normalan rad vretena ventila, ali također će zbog pomicanja vretena ventila doći do ogrebotina na pakiranju, uzrokujući ozbiljno curenje. Stoga, pod normalnim okolnostima, brtva ventila na niskoj temperaturi mora raditi na temperaturi iznad 0 ℃, što zahtijeva dizajn strukture poklopca ventila s dugim vratom, tako da je kutija za pakiranje udaljena od medija niske temperature i odabir pakiranja s karakteristikama niske temperature. Uobičajeno korištena punila su politetrafluoretilen, azbest, impregnirano politetrafluoretilensko azbestno uže i fleksibilni grafit, među kojima, budući da azbest ne može izbjeći curenje propusnosti, koeficijent linearne ekspanzije politetrafluoretilena je vrlo velik, fenomen hladnog protoka je ozbiljan, pa se općenito ne koristi. Fleksibilni grafit je izvrstan materijal za brtvljenje, plin, tekućina su nepropusni, stopa kompresije je veća od 40%, elastičnost je veća od 15%, opuštanje naprezanja je manje od 5%, niži pritisak pričvršćivanja može se zabrtviti. Također ima sposobnost samopodmazivanja, koristi se kao brtvilo ventila i može učinkovito spriječiti trošenje brtve i stabla ventila, njegove performanse brtvljenja su očito bolje od tradicionalnog azbestnog materijala, tako da je jedan od najizvrsnijih materijala za brtvljenje.
Budući da je punilo općenito nemetalni materijal, koeficijent linearnog širenja mnogo je veći nego kod metalne kutije za punjenje i stabla ventila. Stoga, kada pakiranje sastavljeno na sobnoj temperaturi padne na određenu temperaturu, njegovo skupljanje je veće od skupljanja otvora za pakiranje i stabla ventila, što može uzrokovati curenje zbog smanjenja tlaka predopterećenja. U dizajnu, vijak brtvene brtve može biti prednapregnut s višestrukim grupama diskastih opružnih brtvila, tako da se sila prednaprezanja brtve na niskoj temperaturi može kontinuirano kompenzirati kako bi se osigurao učinak brtvljenja brtve.
Kombinirano brtvljenje vretena s niskim propuštanjem koje proizvodi Garlock Company u Sjedinjenim Državama, završni prsten izrađen je od korijena diska od ugljičnih vlakana, brtveni prsten izrađen je od grafitne trake visoke čistoće s teksturom dijamanta, kroz strukturu čašice i konusa i radijalnu ekspanziju karakteristike, tako da je učinak brtvljenja poboljšan.
Niskotemperaturna deformacija materijala stabla također će utjecati na performanse brtvljenja pakiranja. Stoga, isto kao i tijelo ventila, poklopac ventila, materijali za brtvljenje, stabljika također mora biti podvrgnuta kriogenoj obradi nakon završetka, kako bi deformacija niske temperature bila mala. Osim toga, budući da se austenitni nehrđajući čelik koji se koristi u kriogenom materijalu stabla ne može toplinski obraditi da bi se poboljšala površinska tvrdoća, veća je vjerojatnost da će se spoj između stabla i brtve međusobno oštetiti, što će rezultirati curenjem na brtvilu. Stoga, površina stabljike mora biti presvučena tvrdim kromom ili nitridom kako bi se poboljšala površinska tvrdoća.
3.2 Brtva srednje prirubnice
I srednja brtva prirubnice ventila i vanjski priključak prirubničkog spojnog ventila općenito su u obliku brtvila. Budući da će materijal brtve očvrsnuti i smanjiti plastičnost na niskoj temperaturi, brtva za niskotemperaturne ventile ima veće zahtjeve. Mora imati pouzdano brtvljenje i oporavak pri normalnoj temperaturi, niskoj temperaturi i temperaturnim promjenama. Utjecaj niske temperature na učinkovitost brtvljenja brtve treba sveobuhvatno razmotriti.
Prema uobičajeno korištenim oblicima za brtvljenje brtve, duljina vijka, brtva i debljina prirubnice će se smanjivati ​​kako se temperatura smanjuje. Kako bi se osiguralo pouzdano brtvljenje brtve na niskim temperaturama, mora se ispuniti
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Upišite
ΔH1 — Vlačna deformacija sklopa vijka, mm
Δ H1 = 1 / E1H sigma
ΔHT1 — Skupljanje vijka u temperaturnom rasponu od ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — skupljanje brtve u temperaturnoj zoni ΔT, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Skupljanje gornje i donje prirubnice u temperaturnoj zoni ΔT, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Predopterećenje vijka, N/mm
E1 — modul elastičnosti vijka, N/mm
α1, α2, α3 — koeficijent linearnog širenja materijala za vijke, brtve i prirubnice, mm/m
H, H – mm
Kada brtva dosegne projektiranu radnu nisku temperaturu od sobne temperature, zbroj skupljanja gornje i donje prirubnice i skupljanja brtve mora biti manji od zbroja skupljanja vijka i vlačne deformacije vijka montažu, kako bi se osiguralo da brtva još uvijek ima dio predopterećenja na radnoj temperaturi i zadržala sposobnost brtvljenja.
U skladu s tim, u dizajnu treba uzeti u obzir četiri aspekta. ① Vijak je izrađen od materijala s većim koeficijentom linearnog širenja, koji ima veće skupljanje na niskim temperaturama. ② Prirubnica je izrađena od materijala s manjim koeficijentom linearnog širenja kako bi se smanjio ΔHT3. ③ Smanjite debljinu brtve i koristite materijal s malim koeficijentom linearnog širenja kao brtvu. (4) Povećajte vlačnu deformaciju vijaka.
Za niskotemperaturne ventile ispod -100 ℃, materijal tijela i materijal vijka općenito su izrađeni od austenitnog nehrđajućeg čelika, koeficijent linearnog širenja je isti, stoga je važnije odabrati odgovarajući materijal za brtvljenje i povećati vlačnu deformaciju vijaka. Idealan materijal za brtvu za niske temperature, na sobnoj temperaturi njegova tvrdoća je niska, na niskim temperaturama otpornost može biti dobra, koeficijent linearnog širenja je mali i ima određenu mehaničku čvrstoću. U praktičnim primjenama općenito se koriste brtve za namotavanje izrađene od trake od nehrđajućeg čelika ispunjene azbestom ili politetrafluoretilenom ili fleksibilnim grafitom, a učinak brtvljenja brtvila za namotavanje od fleksibilnog grafita i nehrđajućeg čelika je idealan. Što se tiče povećane vlačne deformacije vijka, zbog ograničenja predopterećenja ugradnje vijka, povećana margina nije velika, pa se može razmotriti postavljanje brtve disk opruge za kompenzaciju.