השימוש ודרישות האיטום של שסתום בטמפרטורה נמוכה כיצד לבחור את החומר של שסתום בטמפרטורה נמוכה

השימוש ודרישות האיטום של שסתום בטמפרטורה נמוכה כיצד לבחור את החומר של שסתום בטמפרטורה נמוכה

2. השפעת טמפרטורה נמוכה על ביצועי האיטום של השסתום
2.1 זוגות איטום לא מתכתיים
שסתומי כדור ושסתומי פרפר הפועלים בטמפרטורת החדר משתמשים בדרך כלל בזוגות איטום מתכת לחומרים שאינם מתכתיים. בשל הגמישות הגבוהה של חומרים לא מתכתיים, הלחץ הספציפי הנדרש לאיטום קטן ולכן האיטום טוב. עם זאת, בטמפרטורה נמוכה, מכיוון שמקדם ההתפשטות של חומרים לא מתכתיים הוא הרבה יותר גדול מזה של חומרי מתכת, ההתכווצות של הטמפרטורה הנמוכה וההתכווצות של אטמי מתכת, גופי שסתומים וחלקים אחרים שונים בהרבה, מה שמוביל ל- הפחתה רצינית של לחץ האיטום הספציפי ותוצאת האיטום לא ניתן לאטום. רוב החומרים הלא מתכתיים מתקשים והופכים שבירים בטמפרטורות קריוגניות, מאבדים קשיחות, וכתוצאה מכך זרימה קרה והרפיית מתח. כגון גומי בטמפרטורה נמוכה יותר מטמפרטורת הזכוכית שלו, יאבד לחלוטין מגמישות, יהפוך לזכוכית, יאבד מהאטימות שלו. בנוסף, לא ניתן להשתמש בגומי עבור שסתומי LNG מכיוון שיש לו הרחבת בועות במדיום LNG. לכן, כיום בתכנון של שסתום בטמפרטורה נמוכה, הטמפרטורה הכללית נמוכה מ-70 ℃. אין להשתמש יותר בחומרי עזר לא מתכתי איטום, או בחומרים לא מתכתיים בתהליך מיוחד למבנה מתכת ומבנה מרוכב לא מתכתי.
על פי רישומים זרים, חלק מהחומרים הלא מתכתיים יכולים לשמש היטב במצב קריוגני. בשנות ה-70, "Slip Shod", פלסטיק חדש מבית Irish Alloy Co., LTD., היה סוג של פוליאתילן בעל משקל מולקולרי גבוה במיוחד, שהיה לו קשיחות טובה ב-269 מעלות צלזיוס, לא נשבר בלחץ פגיעה מסוים, ושמר על עמידות בפני שחיקה ניכרת. הפלסטיק של Mylar שפותח בצרפת הוא עדיין אלסטי למדי בטמפרטורה של מימן נוזלי (-253℃). מחזיק חותם הפוליקרבונט של HT Lomanenko מברית המועצות לשעבר נבדק בחנקן נוזלי (-196℃). הנתונים מראים שלפוליקרבונט יש אפקט איטום טוב בטמפרטורה נמוכה.
2.2 זוג חותם מתכת
בתנאים של טמפרטורה נמוכה, החוזק והקשיות של חומרי מתכת גדלים, הפלסטיות והקשיחות יורדות, מראה דרגות שונות של תופעה שבירה בטמפרטורה נמוכה, משפיעות ברצינות על הביצועים והבטיחות של השסתום. על מנת למנוע שבר שביר במתח נמוך של חומרים בטמפרטורה נמוכה, בעת תכנון שסתומים בטמפרטורה נמוכה, משתמשים בדרך כלל בחומרי נירוסטה פריטיים כאשר הטמפרטורה גבוהה מ-100 מעלות צלזיוס, ואילו כאשר הטמפרטורה נמוכה מ-100 מעלות צלזיוס, השסתום גוף, כיסוי שסתום, גזע שסתום ומושב איטום משמשים בעיקר עם סריג מעוקב במרכז פנים נירוסטה אוסטניטית, נחושת וסגסוגת נחושת, אלומיניום וסגסוגת אלומיניום וכו'. אך מכיוון שהקשיות של אלומיניום וסגסוגת אלומיניום אינה גבוהה, ההתנגדות לשחיקה ועמידות השחיקה של משטח האיטום היא גרועה, ולכן הוא משמש לעתים רחוקות בשסתום הטמפרטורה הנמוכה. בדרך כלל השתמש בחומרי נירוסטה אוסטניטיים, בשימוש נפוץ 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2(304, 316L) וכו ', לחומרים אלה אין טמפרטורה קריטית שבירה בטמפרטורה נמוכה, בתנאי טמפרטורה נמוכה, עדיין יכולים לשמור על קשיחות גבוהה.
עם זאת, פלדת אל חלד austenitic כחומר עזר אטם מתכת שסתום בטמפרטורה נמוכה יש גם כמה חסרונות. מכיוון שרוב החומרים הללו נמצאים במצב מט-יציב בטמפרטורת החדר, האוסטניט בחומר הופך למרטנזיט כאשר הטמפרטורה יורדת אל מתחת לנקודת המעבר לשלב (MS). עבור סריג מעוקב במרכז גוף של צפיפות מרטנזיט נמוכה מזו של סריג מעוקב במרכז פנים של אוסטניט, ומכיוון שחלק מאטומי פחמן מסדרים ויסות מיקום סריג מעוקב במרכז הגוף, גורמים לסריג לאורך ציר C לצמוח, ובכך הגידול בנפח משתנה הנגרם על ידי מתח פנימי, הפוך במקור לאחר השחזה לעמוד בדרישות האיטום של עיוות משטח איטום, וכתוצאה מכך כשל איטום.
בנוסף לכשל העיוות של משטח האיטום הנגרם על ידי טרנספורמציה של פאזה בטמפרטורה נמוכה, עקב הפרש הטמפרטורה של כל חלק או ההבדל בתכונות הפיזיקליות בין חומרים שונים, וכתוצאה מכך להתכווצות לא אחידה, יתרחש גם לחץ משתנה בטמפרטורה. כאשר הלחץ הוא מתחת לגבול האלסטי של החומר, נוצר עיוות אלסטי הפיך במשטח האיטום. כאשר מתח הטמפרטורה של חלק חורג ממגבלת התפוקה של החומר, לחלקים יהיו עיוותים ועיוות בלתי הפיך, מה שיגרום גם לכשל של משטח האיטום וישפיע על אפקט האיטום.
לאור השפעת הטמפרטורה הנמוכה על זוג איטום המתכת, יש לנקוט באמצעים מתאימים כדי להפוך את העיוות של משטח האיטום המתכתי קטן או לעיוות של משטח האיטום יש השפעה מועטה על ביצועי האיטום. ראשית, מבחינת חומרים, עלינו לנסות לבחור חומרים בעלי יציבות גבוהה של מבנה מטאלוגרפי (כגון 316L אך בעלות גבוהה). שנית, עבור הגוף, יש לעבד את הכיסוי, הגבעול, החותם וחומרים אוסטניטיים אחרים העשויים מחלקים בטמפרטורה נמוכה, כך שהטרנספורמציה והדפורמציה של המרטנסיט של החומר יתבצעו במלואן לפני הגמר. הטמפרטורה של טיפול בטמפרטורה נמוכה צריכה להיות נמוכה מטמפרטורת שינוי שלב החומר (MS) ונמוכה מטמפרטורת העבודה בפועל של השסתום, וזמן הטיפול צריך להיות 2 ~ 4 שעות. במידת הצורך, ניתן לבצע טיפול מרובה בטמפרטורה נמוכה או טיפול יישון מתאים. בנוסף לאמצעים לעיל, יש לשקול את התכנון המבני כדי להפחית את ההשפעה של עיוות משטח האיטום על ביצועי האיטום, כגון בתכנון של שסתומי שער, שסתומי כדור ושסתומי פרפר יכולים לשקול את השימוש במבנה איטום אלסטי, כך שניתן לפצות חלקית על עיוות הטמפרטורה הנמוכה. עבור שסתום הגלובוס צריך להיות מבנה חותם חרוטי, כך דפורמציה בטמפרטורה נמוכה על משטח האיטום של ההשפעה הקטנה.
3. השפעה של טמפרטורה נמוכה על ביצועי האיטום של השסתום
3.1 אריזת גזע
בשל הפגמים של חומר גומי בטמפרטורה נמוכה ותופעת הזרימה הקרה הקרה והקרירה של רוב החומרים הלא מתכתיים, עיצוב האיטום בין הגבעול לגוף השסתום של שסתום בטמפרטורה נמוכה אינו יכול להשתמש בצורה של טבעת איטום, יכול השתמש רק במבנה איטום תיבת האריזה ובמבנה איטום המפוח. אטם מפוח כללי משמש בתווך אינו מאפשר דליפת עקבות ואינו מתאים לאירועי אריזה, חיי המבנה החד-שכבתי שלו קצרים מאוד, עלות המבנה הרב-שכבתי גבוהה, העיבוד קשה, כך שבדרך כלל לא מְשׁוּמָשׁ.
מבנה האיטום של קופסת המילוי קל לייצור ולעיבוד, קל לתחזוקה והחלפה, והוא נפוץ למדי ביישום מעשי. עם זאת, טמפרטורת העבודה הכללית של האריזה לא יכולה להיות נמוכה מ-40 ℃. על מנת להבטיח את ביצועי האיטום של האריזה, יש להפעיל את התקן תיבת האריזה של שסתום הטמפרטורה הנמוכה במצב של קרוב לטמפרטורת הסביבה. בטמפרטורה נמוכה, עם ירידת הטמפרטורה, הגמישות של חומר המילוי נעלמת בהדרגה, והביצועים העמידים בפני דליפות יורדים. עקב דליפת מדיה הנגרמת על ידי אריזה וקרח גזע השסתום, תשפיע על הפעולה הרגילה של גזע השסתום, אך גם עקב התנועה של גזע השסתום תהיה שריטה אריזה, הגורמת לדליפה חמורה. לכן, בנסיבות רגילות, אריזת השסתום בטמפרטורה נמוכה נדרשת לעבוד בטמפרטורה מעל 0℃, מה שדורש עיצוב של מבנה כיסוי שסתום הצוואר הארוך, כך שקופסת האריזה תתרחק ממדיום בטמפרטורה נמוכה, ובחירת האריזה. עם מאפייני טמפרטורה נמוכה. חומרי מילוי נפוצים הם פולי-טטרה-פלואורואתילן, אסבסט, חבל אסבסט ספוג פולי-טטרה-פלואוראתילן וגרפיט גמיש, ביניהם, מכיוון שאסבסט אינו יכול למנוע דליפת חדירות, מקדם ההתפשטות ליניארי של פולי-טטרה-פלואורואתילן הוא גדול מאוד, תופעת הזרימה הקרה היא חמורה, ולכן בדרך כלל לא נעשה בה שימוש. גרפיט גמיש הוא חומר איטום מצוין, גז, נוזלים אטומים, שיעור הדחיסה גדול מ-40%, הגמישות גדולה מ-15%, הרפיית המתח היא פחות מ-5%, ניתן לאטום את לחץ ההידוק הנמוך יותר. יש לו גם סיכה עצמית, המשמשת כאריזת שסתומים יכולה למנוע ביעילות אריזה ובלאי גזע שסתומים, ביצועי האיטום שלו טובים יותר ללא ספק מחומר האסבסט המסורתי, ולכן זהו אחד מחומרי האיטום המצוינים ביותר.
מכיוון שחומר המילוי הוא בדרך כלל חומר לא מתכתי, מקדם ההתפשטות הליניארי גדול בהרבה מקופסת המילוי המתכתית וגזע השסתום. לכן, כאשר האריזה המורכבת בטמפרטורת החדר יורדת לטמפרטורה מסוימת, ההתכווצות שלה גדולה מזו של חור האריזה וגזע השסתום, מה שעלול לגרום לדליפה עקב ירידה בלחץ הטעינה המוקדמת. בתכנון, ניתן להטעין מראש את בורג בלוטת האריזה במספר קבוצות של אטמי קפיצי דיסק, כך שניתן לפצות באופן רציף את כוח הטעינה מראש של האריזה בטמפרטורה נמוכה כדי להבטיח את אפקט האיטום של האריזה.
אריזת הגזע המשולבת עם דליפה נמוכה המיוצרת על ידי חברת Garlock בארצות הברית, טבעת הקצה עשויה משורש דיסק קלוע בסיבי פחמן, טבעת האיטום עשויה מיציקת רצועות גרפיט במרקם יהלום ברמת טוהר גבוהה, דרך מבנה הגביע והקונוס והתפשטות רדיאלית מאפיינים, כך שביצועי האיטום משתפרים.
עיוות הטמפרטורה הנמוכה של חומר הגבעול ישפיע גם על ביצועי האיטום של האריזה. לכן, זהה לגוף השסתום, מכסה השסתום, חומרי עזר לאיטום, הגבעול חייב להיות גם בעיבוד קריוגני לאחר הגמר, על מנת להפוך את עיוות הטמפרטורה הנמוכה קטן. בנוסף, מכיוון שלא ניתן לטפל בחום של הפלדת אל-חלד האוסטניטית המשמשת בחומר הגזע הקריוגני כדי לשפר את קשיות פני השטח, יש סיכוי גבוה יותר שהחיבור בין הגבעול לאריזה יחבול זה את זה, וכתוצאה מכך דליפה באריזה. לכן, משטח הגבעול חייב להיות מצופה בכרום קשה או ניטריד כדי לשפר את קשיות פני השטח.
אטם אוגן אמצעי 3.2
גם אטם האוגן האמצעי של השסתום וגם החיבור החיצוני של שסתום חיבור האוגן הם בדרך כלל בצורה של אטמים. מכיוון שחומר האטם יתקשה ויפחית את הפלסטיות בטמפרטורה נמוכה, לאטם לשסתומי טמפרטורה נמוכה יש דרישות גבוהות יותר. עליו להיות בעל איטום והתאוששות אמינים בטמפרטורה רגילה, בטמפרטורה נמוכה ובשינויי טמפרטורה. יש לשקול באופן מקיף את ההשפעה של טמפרטורה נמוכה על ביצועי איטום האטמים.
על פי צורות איטום האטמים הנפוצות, אורך הבורג, עובי האטם ועובי האוגן יתכווצו ככל שהטמפרטורה יורדת. על מנת להבטיח את איטום האטם המהימן בטמפרטורה נמוכה, יש לעמוד בו
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 הקלד את
ΔH1 - עיוות מתיחה של מכלול הבורג, מ"מ
Δ H1 = 1 / E1H סיגמא
ΔHT1 - הצטמקות בריח בטווח טמפרטורות של ΔT, מ"מ
Δ HT1 Δ T = H alpha 1
ΔHT - התכווצות האטם באזור הטמפרטורה של ΔT, מ"מ
Δ HT = alpha 2 Δ h T
ΔHT3 - כיווץ של אוגנים עליונים ותחתונים באזור טמפרטורת ΔT, מ"מ
Δ HT3 = alpha 3 Δ T1 (H - H)
σ1 — עומס מראש של בורג, N/mm
E1 - מודול אלסטי של בורג, N/mm
α1, α2, α3 - הם מקדם ההתפשטות הליניארי של חומרי בורג, אטם ואוגן, בהתאמה, מ"מ/מ"ר
H, H – מ"מ
כאשר אטם האטם מגיע לטמפרטורת העבודה הנמוכה המתוכננת מטמפרטורת החדר, סכום ההתכווצות של האוגנים העליונים והתחתונים וההתכווצות של האטם חייב להיות קטן מסכום התכווצות הבורג ועיוות המתיחה של הבורג הרכבה, כדי להבטיח שלאטם עדיין יש חלק מהעומס הקדום בטמפרטורת העבודה ולשמור על יכולת האיטום.
בהתאם, יש לקחת בחשבון ארבעה היבטים בתכנון. ① הבורג עשוי מחומר עם מקדם התפשטות ליניארי גדול יותר, שיש לו התכווצות גדולה יותר בטמפרטורה נמוכה. ② האוגן עשוי מחומר עם מקדם התפשטות ליניארי קטן יותר כדי להפחית את ΔHT3. ③ הקטינו את עובי האטם, והשתמשו בחומר בעל מקדם התפשטות ליניארי קטן כאטם. (4) הגדל את עיוות המתיחה של ברגים.
עבור שסתומים בטמפרטורה נמוכה מתחת ל-100℃, חומר הגוף וחומר הברגים עשויים בדרך כלל מפלדת אל חלד אוסטניטית, מקדם ההתפשטות הליניארי זהה, ולכן חשוב יותר לבחור את חומר האטם המתאים ולהגביר את עיוות המתיחה של הברגים. חומר אטם אידיאלי בטמפרטורה נמוכה, בטמפרטורת החדר הקשיות שלו נמוכה, בטמפרטורה נמוכה גמישות יכולה להיות טובה, מקדם התפשטות ליניארי קטן ובעל חוזק מכני מסוים. ביישומים מעשיים משתמשים בדרך כלל באטמים מתפתלים העשויים סרט נירוסטה במילוי אסבסט או פולי-טטראפלואוריטן או גרפיט גמיש, ואפקט האיטום של אטמים מתפתלים עשויים גרפיט גמיש ונירוסטה הוא אידיאלי. באשר לעיוות המתיחה המוגבר של הבורג, בשל מגבלת עומס התקנת הבורג מראש, המרווח המוגדל אינו גדול, ולכן ניתן לשקול להגדיר את אטם קפיץ הדיסק כדי לפצות.