Bruken og forseglingskravene til lavtemperaturventilen hvordan velge materialet til lavtemperaturventilen

Bruken og forseglingskravene til lavtemperaturventilen hvordan velge materialet til lavtemperaturventilen

2. Påvirkningen av lav temperatur på tetningsytelsen til ventilen
2.1 Ikke-metalliske tetningspar
Kuleventiler og spjeldventiler som arbeider ved romtemperatur bruker vanligvis metall til ikke-metallisk materiale tetningspar. På grunn av den høye elastisiteten til ikke-metalliske materialer, er det spesifikke trykket som kreves for forsegling lite, så forseglingen er god. Men ved lav temperatur, fordi ekspansjonskoeffisienten til ikke-metalliske materialer er mye større enn for metallmaterialer, er krympingen av lavtemperaturen og krympingen av metalltetninger, ventillegemer og andre deler mye forskjellig, noe som fører til alvorlig reduksjon av tetningsspesifikke trykk og resultatet av forsegling kan ikke forsegles. De fleste ikke-metalliske materialer stivner og blir sprø ved kryogene temperaturer, mister seighet, noe som resulterer i kald flyt og stressavslapning. Slik som gummi ved en temperatur lavere enn glasstemperaturen, vil fullstendig miste elastisiteten, bli glassaktig, miste tettheten. I tillegg kan gummi ikke brukes til LNG-ventiler fordi den har bobleekspansjon i LNG-medium. Derfor, i dag i utformingen av lavtemperaturventil, er den generelle temperaturen lavere enn -70 ℃ ikke lenger bruker ikke-metalliske tetningshjelpematerialer, eller ikke-metalliske materialer gjennom en spesiell prosess til metall og ikke-metallisk komposittstrukturtype.
I følge utenlandske opptegnelser kan noen ikke-metalliske materialer godt brukes i kryogen tilstand. På 1970-tallet var "slip shod", en ny plast fra Irish Alloy Co., LTD., en slags polyetylen med ultrahøy molekylvekt, som hadde god seighet ved -269 ° C, ikke brøt under visse slagpåkjenninger, og opprettholdt betydelig slitestyrke. Mylar-plasten utviklet i Frankrike er fortsatt ganske elastisk ved temperaturen til flytende hydrogen (-253 ℃). Holderen av polykarbonatforseglingen til HT Lomanenko fra det tidligere Sovjetunionen ble testet i flytende nitrogen (-196 ℃). Dataene viser at polykarbonatet har en god tetningseffekt ved lav temperatur.
2.2 Metalltetningspar
Under tilstanden med lav temperatur øker styrken og hardheten til metallmaterialer, plastisitet og seighet reduseres, noe som viser forskjellige grader av lavtemperatur kuldesprøtt fenomen, påvirker ventilens ytelse og sikkerhet alvorlig. For å forhindre lavspenningssprøbrudd av materialer ved lav temperatur, ved utforming av lavtemperaturventiler, brukes ferritiske rustfrie stålmaterialer vanligvis når temperaturen er høyere enn -100 ℃, mens når temperaturen er lavere enn -100 ℃, ventilen hus, ventildeksel, ventilstamme og tetningssete brukes mest med ansiktssentrert kubisk gitter austenittisk rustfritt stål, kobber og kobberlegering, aluminium og aluminiumslegering, etc. Men fordi hardheten til aluminium og aluminiumslegering ikke er høy, er slitestyrken og slitestyrken på tetningsoverflaten dårlig, så den brukes sjelden i lavtemperaturventilen. Generelt bruk austenittiske rustfrie stålmaterialer, ofte brukt 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2(304, 316L), etc., disse materialene har ingen lavtemperatur kald sprø kritisk temperatur, under lave temperaturforhold, kan fortsatt opprettholde høy seighet.
Imidlertid har austenittisk rustfritt stål som et lavtemperaturventilmetalltetningshjelpemateriale også noen mangler. Fordi de fleste av disse materialene er i en metastabil tilstand ved romtemperatur, omdannes austenitten i materialet til martensitt når temperaturen senkes under faseovergangspunktet (MS). For kroppssentrert kubisk gitter med martensitttetthet er lavere enn for ansiktssentrert kubisk gitter av austenitt, og fordi noen karbonatomer arrangerer kroppssentrert kubisk gitterposisjonsregulering, gjør gitteret langs C-aksen vekst, og dermed endres økningen av volumet forårsaket av indre stress, gjør opprinnelig etter sliping oppfyller tetningskravene til tetningsoverflatens knekkdeformasjon, noe som resulterer i tetningssvikt.
I tillegg til deformasjonssvikt på tetningsoverflaten forårsaket av lavtemperaturfasetransformasjon, på grunn av temperaturforskjellen til hver del eller forskjellen i fysiske egenskaper mellom forskjellige materialer, noe som resulterer i ujevn krymping, vil temperaturvariasjonsspenning også forekomme. Når spenningen er under materialets elastiske grense, oppstår en reversibel elastisk forvrengning i tetningsflaten. Når temperaturspenningen til en del overskrider materialets flytegrense, vil delene ha irreversibel forvrengning og deformasjon, noe som også vil forårsake svikt i tetningsflaten og påvirke tetningseffekten.
I lys av påvirkningen av lav temperatur på metalltetningsparet, må tilsvarende tiltak tas for å gjøre deformasjonen av metalltetningsflaten liten eller deformasjonen av tetningsflaten har liten innflytelse på tetningsytelsen. For det første, når det gjelder materialer, bør vi prøve å velge materialer med høy stabilitet i metallografisk struktur (som 316L, men med høye kostnader). For det andre, for kroppen, må deksel, stamme, tetning og andre austenittiske materialer laget av deler behandles ved lav temperatur, slik at martensitttransformasjonen og deformasjonen av materialet er fullstendig utført før etterbehandling. Temperaturen på lavtemperaturbehandling skal være lavere enn materialfaseendringstemperaturen (MS) og lavere enn den faktiske arbeidstemperaturen til ventilen, og behandlingstiden skal være 2 ~ 4 timer. Om nødvendig kan flere lavtemperaturbehandlinger eller passende aldringsbehandling utføres. I tillegg til de ovennevnte tiltakene, bør den strukturelle utformingen også vurderes for å redusere virkningen av tetningsoverflatedeformasjon på tetningsytelse, for eksempel i utformingen av portventiler, kuleventiler og spjeldventiler kan vurdere bruken av elastisk tetningsstruktur, så at lavtemperaturdeformasjonen kan delvis kompenseres. For globusventilen bør være konisk tetningsstruktur, slik at lav temperatur deformasjon på tetningsoverflaten av den lille innvirkningen.
3. Påvirkning av lav temperatur på tetningsytelsen til ventilen
3.1 Stampakning
På grunn av defektene i gummimateriale ved lav temperatur og det kalde sprø og alvorlige kaldstrømningsfenomenet til de fleste ikke-metalliske materialer, kan tetningsdesignet mellom stammen og ventilhuset til lavtemperaturventilen ikke bruke formen av tetningsring, kan bruk kun pakningsboksens tetningsstruktur og belgforseglingsstrukturen. Generell belgforsegling brukes i mediet tillater ikke sporlekkasje og er ikke egnet for pakking, levetiden til enkeltlagsstrukturen er veldig kort, kostnaden for flerlagsstruktur er høy, bearbeiding er vanskelig, så generelt ikke brukt.
Tetningsstrukturen til pakkboksen er enkel å produsere og behandle, lett å vedlikeholde og erstatte, og er ganske vanlig i praktisk bruk. Imidlertid kan den generelle arbeidstemperaturen til pakningen ikke være lavere enn -40 ℃. For å sikre forseglingsytelsen til pakningen, bør pakningsboksanordningen til lavtemperaturventilen betjenes under tilstanden nær omgivelsestemperaturen. Ved lav temperatur, med temperaturreduksjon, forsvinner elastisiteten til fyllstoffet gradvis, og den lekkasjesikre ytelsen reduseres. På grunn av media lekkasje forårsaket av pakning og ventilstammen is, vil påvirke den normale driften av ventilstammen, men også på grunn av bevegelsen av ventilstammen vil være pakningsripe, forårsaker alvorlig lekkasje. Derfor, under normale omstendigheter, er lavtemperaturventilpakningen nødvendig for å fungere ved en temperatur over 0 ℃, noe som krever utformingen av den lange halsventildekselstrukturen, slik at pakningsboksen vekk fra lavtemperaturmedium, og valg av pakning med lavtemperaturegenskaper. Vanlig brukte fyllstoffer er polytetrafluoretylen, asbest, impregnert polytetrafluoretylen-asbesttau og fleksibel grafitt, blant annet fordi asbest ikke kan unngå permeabilitetslekkasje, er lineær ekspansjonskoeffisient for polytetrafluoretylen veldig stor, kaldstrømningsfenomenet er alvorlig, så vanligvis ikke brukt. Fleksibel grafitt er et utmerket tetningsmateriale, gass, væske er ugjennomtrengelig, kompresjonshastighet er større enn 40%, elastisitet er større enn 15%, spenningsavslapping er mindre enn 5%, det lavere festetrykket kan forsegles. Den har også selvsmøring, brukt som ventilpakning kan effektivt forhindre pakking og ventilstammeslitasje, dens tetningsytelse er åpenbart bedre enn det tradisjonelle asbestmaterialet, så det er et av de mest utmerkede tetningsmaterialene.
Fordi fyllstoffet vanligvis er ikke-metallisk materiale, er den lineære ekspansjonskoeffisienten mye større enn metallpåfyllingsboksen og ventilstammen. Derfor, når pakningen som er satt sammen ved romtemperatur synker til en viss temperatur, er krympingen større enn for pakningshullet og ventilstammen, noe som kan forårsake lekkasje på grunn av reduksjonen i forbelastningstrykket. I utformingen kan pakkboksbolten forhåndsbelastes med flere grupper av skivefjærpakninger, slik at forspenningskraften til pakningen ved lav temperatur kontinuerlig kan kompenseres for å sikre pakningens tetningseffekt.
Den kombinerte stammepakningen med lav lekkasje produsert av Garlock Company i USA, enderingen er laget av karbonfiberflettet skiverot, tetningsringen er laget av grafittstrimler med høy renhet diamanttekstur, gjennom kopp- og kjeglestrukturen og radiell ekspansjon egenskaper, slik at tetningsytelsen forbedres.
Den lave temperaturdeformasjonen av stammematerialet vil også påvirke pakningens forseglingsevne. Derfor, på samme måte som ventilhuset, ventildekselet, forsegling av tilbehørsmaterialer, må stammen også være kryogenisk behandling etter ferdigbehandling, for å gjøre lavtemperaturdeformasjonen liten. I tillegg, fordi det austenittiske rustfrie stålet som brukes i det kryogene stammematerialet ikke kan varmebehandles for å forbedre overflatehardheten, er det mer sannsynlig at skjøten mellom stammen og pakningen får blåmerker, noe som resulterer i lekkasje ved pakningen. Derfor må stammeoverflaten belegges med hardt krom eller nitrid for å forbedre overflatens hardhet.
3.2 Midtflenspakning
Både den midterste flenstetningen til ventilen og den eksterne tilkoblingen til flenstilkoblingsventilen er vanligvis i form av pakninger. Siden pakningsmateriale vil herde og redusere plastisiteten ved lav temperatur, har pakningen for lavtemperaturventiler høyere krav. Den må ha pålitelig tetning og gjenvinning ved normal temperatur, lave temperatur og temperaturendringer. Påvirkningen av lav temperatur på pakningens tetningsytelse bør vurderes grundig.
I henhold til de vanlig brukte tetningsformene vil boltlengden, pakningen og flenstykkelsen krympe når temperaturen synker. For å sikre pålitelig pakningstetning ved lav temperatur, må den oppfylles
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Skriv inn
ΔH1 — Strekkdeformasjon av boltenheten, mm
Δ H1 = 1 / E1H sigma
ΔHT1 — Boltkrymping i temperaturområdet ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — krymping av pakning i ΔT temperatursone, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Krymping av øvre og nedre flenser i ΔT temperatursone, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Boltforspenning, N/mm
E1 — boltens elastisitetsmodul, N/mm
α1, α2, α3 — er den lineære ekspansjonskoeffisienten for henholdsvis bolt-, paknings- og flensmaterialer, mm/m
H, H – mm
Når pakningstetningen når den konstruerte lave arbeidstemperaturen fra romtemperatur, må summen av krympingen av de øvre og nedre flensene og krympingen av pakningen være mindre enn summen av krympingen av bolten og strekkdeformasjonen til bolten montering, for å sikre at pakningen fortsatt har en del av forspenningen ved arbeidstemperaturen og opprettholde tetningsevnen.
Følgelig bør fire aspekter vurderes i utformingen. ① Bolten er laget av materiale med større lineær ekspansjonskoeffisient, som har større krymping ved lav temperatur. ② Flensen er laget av materiale med mindre lineær ekspansjonskoeffisient for å redusere ΔHT3. ③ Reduser tykkelsen på pakningen, og bruk materialet med liten lineær ekspansjonskoeffisient som pakning. (4) Øk strekkdeformasjonen til bolter.
For lavtemperaturventiler under -100 ℃ er kroppsmaterialet og boltmaterialet vanligvis laget av austenittisk rustfritt stål, den lineære ekspansjonskoeffisienten er den samme, så det er viktigere å velge riktig pakningsmateriale og øke strekkdeformasjonen av bolter. Ideelt lavtemperaturpakningsmateriale, ved romtemperatur er hardheten lav, ved lav temperatur kan elastisiteten være god, lineær ekspansjonskoeffisient er liten og har en viss mekanisk styrke. I praktiske applikasjoner brukes generelt viklingspakninger laget av rustfritt stålbånd fylt med asbest eller polytetrafluoretylen eller fleksibel grafitt, og tetningseffekten til viklingspakninger laget av fleksibel grafitt og rustfritt stål er ideell. Når det gjelder den økte strekkdeformasjonen av bolten, på grunn av grensen for boltinstallasjonsforspenningen, er den økte marginen ikke mye, så det kan vurderes å sette skivefjærpakningen for å kompensere.