Az alacsony hőmérsékletű szelep használatának és tömítésének követelményei, hogyan válasszuk ki az alacsony hőmérsékletű szelep anyagát
2. Az alacsony hőmérséklet hatása a szelep tömítési teljesítményére
2.1 Nem fém tömítőpárok
A szobahőmérsékleten működő golyós- és pillangószelepek általában fém és nem fém anyagú tömítéspárokat használnak. A nem fémes anyagok nagy rugalmassága miatt a tömítéshez szükséges fajlagos nyomás kicsi, így a tömítés jó. Alacsony hőmérsékleten azonban, mivel a nem fémes anyagok tágulási együtthatója sokkal nagyobb, mint a fémeké, az alacsony hőmérséklet zsugorodása, valamint a fémtömítések, szeleptestek és egyéb alkatrészek zsugorodása jelentősen eltérő, ami a a tömítés fajlagos nyomásának komoly csökkenése és a tömítés eredménye nem zárható le. A legtöbb nem fémes anyag megmerevedik és törékennyé válik kriogén hőmérsékleten, veszít szívósságából, ami hideg áramlást és feszültség-lazulást eredményez. Például a gumi, amelynek hőmérséklete alacsonyabb, mint az üveg hőmérséklete, teljesen elveszíti rugalmasságát, üvegessé válik, elveszíti feszességét. Ezenkívül a gumi nem használható LNG-szelepekhez, mert LNG-közegben buborékok tágulnak. Ezért jelenleg az alacsony hőmérsékletű szelepek tervezésénél az általános hőmérséklet -70 ℃ alatt van, már nem használnak nemfémes tömítő segédanyagokat, vagy nem fémes anyagokat speciális eljárással fém és nem fém kompozit szerkezeti típusba.
Külföldi feljegyzések szerint egyes nemfémes anyagok kriogén állapotban is jól használhatók. Az 1970-es években a „slip shod”, az Irish Alloy Co., LTD. új műanyaga egyfajta ultra-nagy molekulatömegű polietilén volt, amely -269 °C-on jó szívóssággal bírt, és bizonyos ütési igénybevétel hatására nem tört el. és jelentős kopásállóságot tartott fenn. A Franciaországban kifejlesztett Mylar műanyag folyékony hidrogén hőmérsékletén (-253 ℃) még mindig meglehetősen rugalmas. A volt Szovjetunió HT Lomanenko polikarbonát tömítéstartóját folyékony nitrogénben (-196 ℃) tesztelték. Az adatok azt mutatják, hogy a polikarbonát alacsony hőmérsékleten jó tömítő hatással rendelkezik.
2.2 Fém tömítéspár
Alacsony hőmérsékleten a fémanyagok szilárdsága és keménysége növekszik, plaszticitása és szívóssága csökken, és az alacsony hőmérsékletű hideg rideg jelenségek különböző fokát mutatják, súlyosan befolyásolják a szelep teljesítményét és biztonságát. Az anyagok alacsony hőmérsékleten történő alacsony feszültségű rideg törésének megakadályozása érdekében az alacsony hőmérsékletű szelepek tervezésekor általában ferrites rozsdamentes acél anyagokat használnak, ha a hőmérséklet magasabb, mint -100 ℃, míg ha a hőmérséklet alacsonyabb, mint -100 ℃, a szelep a testet, a szelepfedelet, a szelepszárat és a tömítőüléket többnyire felületközpontú köbös rácsos ausztenites rozsdamentes acélhoz, rézhez és rézötvözethez, alumíniumhoz használják és alumíniumötvözet stb. De mivel az alumínium és az alumíniumötvözet keménysége nem magas, a tömítőfelület kopásállósága és kopásállósága gyenge, ezért ritkán használják az alacsony hőmérsékletű szelepben. Általában használjon ausztenites rozsdamentes acél anyagokat, általában 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2(304, 316L) stb., ezeknek az anyagoknak nincs alacsony hőmérsékletű hideg rideg kritikus hőmérsékletük, alacsony hőmérsékleti körülmények között továbbra is megőrzik a nagy szívósságot.
Az ausztenites rozsdamentes acélnak, mint alacsony hőmérsékletű szelepfém tömítés segédanyagának azonban vannak hiányosságai is. Mivel ezen anyagok többsége szobahőmérsékleten metastabil állapotban van, az anyagban lévő ausztenit martenzitté alakul, amikor a hőmérsékletet a fázisátalakulási pont (MS) alá csökkentjük. A testközéppontú martenzitsűrűség kisebb, mint az ausztenit felületközpontú köbös rácsának, és mivel egyes szénatomok testközéppontú köbös rács helyzetszabályozást szerveznek, a rácsot a C tengely mentén növelik, így a térfogat növekedése megváltozik. belső feszültség okozta, hogy eredetileg köszörülés után megfeleljen a tömítési felület kihajlási deformációjának tömítési követelményeinek, ami a tömítés meghibásodását eredményezi.
A tömítőfelület alacsony hőmérsékletű fázistranszformációja által okozott deformációs hibája mellett, az egyes részek hőmérséklet-különbsége vagy a különböző anyagok fizikai tulajdonságainak különbsége miatt, ami egyenetlen zsugorodást eredményez, hőmérséklet-változási feszültség is fellép. Ha a feszültség az anyag rugalmassági határa alatt van, a tömítőfelületben visszafordítható rugalmas torzulás keletkezik. Ha egy alkatrész hőmérsékleti feszültsége meghaladja az anyag folyáshatárát, az alkatrészek visszafordíthatatlan torzulást és deformációt okoznak, ami a tömítőfelület tönkremenetelét is okozza, és befolyásolja a tömítő hatást.
Tekintettel az alacsony hőmérsékletnek a fém tömítőpárra gyakorolt hatására, megfelelő intézkedéseket kell tenni annak érdekében, hogy a fém tömítőfelület deformációja kicsi legyen, vagy a tömítőfelület deformációja csekély mértékben befolyásolja a tömítési teljesítményt. Először is, ami az anyagokat illeti, meg kell próbálnunk olyan anyagokat választani, amelyek fémszerkezete nagy stabilitású (például 316 literes, de magas költséggel). Másodszor, a testhez a burkolatot, a szárat, a tömítést és az alkatrészekből készült egyéb ausztenites anyagokat alacsony hőmérsékleten kell feldolgozni, hogy az anyag martenzites átalakulása és deformációja teljes mértékben megtörténjen a befejezés előtt. Az alacsony hőmérsékletű kezelés hőmérsékletének alacsonyabbnak kell lennie, mint az anyag fázisváltozási hőmérséklete (MS), és alacsonyabbnak kell lennie, mint a szelep tényleges üzemi hőmérséklete, és a kezelési idő 2 ~ 4 óra. Szükség esetén többszöri alacsony hőmérsékletű kezelés vagy megfelelő öregítési kezelés végezhető. A fenti intézkedéseken túlmenően a szerkezeti tervezést is figyelembe kell venni, hogy csökkentse a tömítőfelület deformációjának a tömítési teljesítményre gyakorolt hatását, például a tolózárak, a golyóscsapok és a pillangószelepek tervezésénél figyelembe kell venni a rugalmas tömítőszerkezet használatát, így hogy az alacsony hőmérsékletű alakváltozás részben kompenzálható. A gömbszelepnek kúpos tömítési szerkezetűnek kell lennie, hogy az alacsony hőmérsékletű deformáció a tömítőfelületen kis hatást okozzon.
3. Az alacsony hőmérséklet hatása a szelep tömítési teljesítményére
3.1 Száraztömítés
Az alacsony hőmérsékletű gumianyag hibái, valamint a legtöbb nem fémes anyag hideg ridegsége és súlyos hidegáramlási jelensége miatt az alacsony hőmérsékletű szelep szára és szelepteste közötti tömítés nem használható tömítőgyűrű formájában, csak a csomagolódoboz tömítőszerkezetét és a csőmembrános tömítőszerkezetet használja. Az általános tömítést a közegben használják, nem engedi nyomokban szivárgást, és nem alkalmas csomagolási alkalmakra, az egyrétegű szerkezet élettartama nagyon rövid, a többrétegű szerkezet költsége magas, a feldolgozás nehéz, ezért általában nem használt.
A tömítődoboz tömítőszerkezete könnyen gyártható és feldolgozható, könnyen karbantartható és cserélhető, és a gyakorlati alkalmazásban meglehetősen gyakori. A csomagolás általános üzemi hőmérséklete azonban nem lehet alacsonyabb, mint -40 ℃. A tömítés tömítőképességének biztosítása érdekében az alacsony hőmérsékletű szelep tömítődobozának berendezését a környezeti hőmérséklethez közeli körülmények között kell üzemeltetni. Alacsony hőmérsékleten a hőmérséklet csökkenésével fokozatosan megszűnik a töltőanyag rugalmassága, csökken a szivárgásmentesség. A tömítés és a szelepszár jege által okozott közegszivárgás miatt ez befolyásolja a szelepszár normál működését, de a szelepszár mozgása miatt a tömítés megkarcolódik, ami komoly szivárgást okoz. Ezért normál körülmények között az alacsony hőmérsékletű szeleptömítésnek 0 ℃ feletti hőmérsékleten kell működnie, ami megköveteli a hosszú nyakú szelepfedél szerkezetének kialakítását úgy, hogy a tömítődoboz távol legyen az alacsony hőmérsékletű közegtől, és meg kell választani a tömítést. alacsony hőmérsékleti jellemzőkkel. A leggyakrabban használt töltőanyagok a politetrafluoretilén, azbeszt, az impregnált politetrafluoretilén azbeszt kötél és a rugalmas grafit, amelyek között, mivel az azbeszt nem tudja elkerülni az áteresztőképesség szivárgását, a politetrafluoretilén lineáris tágulási együtthatója nagyon nagy, a hideg áramlási jelenség súlyos, ezért általában nem használják. A rugalmas grafit kiváló tömítőanyag, a gáz, a folyadék át nem eresztő, a tömörítési arány nagyobb, mint 40%, a rugalmasság nagyobb, mint 15%, a feszültséglazítás kevesebb, mint 5%, az alacsonyabb rögzítési nyomás tömíthető. Önkenőképességgel is rendelkezik, szeleptömítésként használva hatékonyan megakadályozhatja a tömítést és a szelepszár kopását, tömítési teljesítménye nyilvánvalóan jobb, mint a hagyományos azbesztanyag, így az egyik legkiválóbb tömítőanyag.
Mivel a töltőanyag általában nem fém anyag, a lineáris tágulási együttható sokkal nagyobb, mint a fém töltődoboz és a szelepszár. Ezért amikor a szobahőmérsékleten összeállított tömítés egy bizonyos hőmérsékletre leesik, zsugorodása nagyobb, mint a tömítőnyílásé és a szelepszáré, ami az előfeszítő nyomás csökkenése miatt szivárgást okozhat. A kialakításban a tömszelence csavar több tárcsarugós tömítéscsoporttal is előfeszíthető, így a tömítés előfeszítő ereje alacsony hőmérsékleten folyamatosan kompenzálható a tömítés tömítő hatásának biztosítása érdekében.
Az egyesült államokbeli Garlock Company által gyártott alacsony szivárgású kombinált szártömítés, a véggyűrű szénszálas fonott koronggyökérből, a tömítőgyűrű nagy tisztaságú gyémánt textúrájú grafitcsíkból készült, a csésze- és kúpszerkezeten keresztül, valamint radiális táguláson keresztül jellemzők, hogy a tömítési teljesítmény javuljon.
A szár anyagának alacsony hőmérsékletű deformációja szintén befolyásolja a tömítés tömítőképességét. Ezért ugyanúgy, mint a szeleptest, a szelepfedél, a tömítő kiegészítő anyagok, a szárnak is kriogén feldolgozásnak kell lennie a befejezés után, hogy az alacsony hőmérsékletű deformáció kicsi legyen. Ezen túlmenően, mivel a kriogén szár anyagában használt ausztenites rozsdamentes acél nem hőkezelhető a felületi keménység javítása érdekében, a szár és a tömítés közötti csatlakozás nagyobb valószínűséggel súrolja egymást, ami szivárgást eredményez a tömítésnél. Ezért a szár felületét kemény krómmal vagy nitriddel kell bevonni a felületi keménység javítása érdekében.
3.2 Középső karima tömítés
Mind a szelep középső karimás tömítése, mind a karimás csatlakozószelep külső csatlakozása általában tömítések formájában van kialakítva. Mivel a tömítés anyaga alacsony hőmérsékleten megkeményedik és csökkenti a plaszticitást, az alacsony hőmérsékletű szelepek tömítésével szemben magasabb követelmények vonatkoznak. Megbízható tömítéssel és helyreállítással kell rendelkeznie normál hőmérsékleten, alacsony hőmérsékleten és hőmérséklet-változások esetén. Az alacsony hőmérsékletnek a tömítés tömítési teljesítményére gyakorolt hatását átfogóan figyelembe kell venni.
Az általánosan használt tömítési formáknak megfelelően a csavar hossza, a tömítés és a karima vastagsága a hőmérséklet csökkenésével csökken. A megbízható tömítés alacsony hőmérsékleten történő biztosítása érdekében ezt be kell tartani
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Írja be a
ΔH1 – A csavarszerelvény húzó alakváltozása, mm
ΔH1 = 1/E1H szigma
ΔHT1 — Csavarzsugorodás ΔT, mm hőmérséklet-tartományban
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT – a tömítés zsugorodása a ΔT hőmérsékleti zónában, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — A felső és alsó karimák zsugorodása a ΔT hőmérsékleti zónában, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Csavar előfeszítése, N/mm
E1 – a csavar rugalmassági modulusa, N/mm
α1, α2, α3 – a csavar, a tömítés és a karima anyagának lineáris tágulási együtthatója, mm/m
H, H – mm
Amikor a tömítés szobahőmérsékletről eléri a tervezett alacsony üzemi hőmérsékletet, a felső és alsó karima zsugorodása, valamint a tömítés zsugorodása összege kisebb legyen, mint a csavar zsugorodása és a csavar húzó alakváltozásának összege. összeszerelés, hogy biztosítsa, hogy a tömítés még mindig rendelkezzen az előfeszítés egy részével az üzemi hőmérsékleten, és megőrizze a tömítőképességét.
Ennek megfelelően a tervezés során négy szempontot kell figyelembe venni. ① A csavar nagyobb lineáris tágulási együtthatójú anyagból készül, amely alacsony hőmérsékleten nagyobb zsugorodást mutat. ② A karima kisebb lineáris tágulási együtthatóval rendelkező anyagból készült a ΔHT3 csökkentése érdekében. ③ Csökkentse a tömítés vastagságát, és kis lineáris tágulási együtthatójú anyagot használjon tömítésként. (4) Növelje a csavarok húzó deformációját.
Az alacsony hőmérsékletű szelepeknél -100 ℃ alatt a test anyaga és a csavar anyaga általában ausztenites rozsdamentes acélból készül, a lineáris tágulási együttható megegyezik, ezért fontosabb a megfelelő tömítésanyag kiválasztása és a csavarok húzó deformációjának növelése. Ideális alacsony hőmérsékletű tömítésanyag, szobahőmérsékleten alacsony a keménysége, alacsony hőmérsékleten a rugalmasság jó lehet, a lineáris tágulási együttható kicsi és bizonyos mechanikai szilárdsággal rendelkezik. A gyakorlati alkalmazásokban általában azbeszttel vagy politetrafluoretilénnel vagy flexibilis grafittal töltött rozsdamentes acél szalagból készült tekercselési tömítéseket alkalmaznak, és a rugalmas grafitból és rozsdamentes acélból készült tekercstömítések tömítő hatása ideális. Ami a csavar megnövekedett húzó deformációját illeti, a csavar beépítési előfeszítésének határa miatt a megnövekedett ráhagyás nem sok, ezért megfontolandó a tárcsarugó tömítésének kompenzálása.
Feladás időpontja: 2022.10.19
