Cerințele de utilizare și etanșare ale supapei de temperatură joasă cum să alegeți materialul supapei de temperatură joasă

Cerințele de utilizare și etanșare ale supapei de temperatură joasă cum să alegeți materialul supapei de temperatură joasă

2. Influența temperaturii scăzute asupra performanței de etanșare a supapei
2.1 Perechi de etanșare nemetalice
Supapele cu bilă și supapele fluture care funcționează la temperatura camerei folosesc în general perechi de etanșare din metal cu material nemetalic. Datorită elasticității ridicate a materialelor nemetalice, presiunea specifică necesară pentru etanșare este mică, astfel încât etanșarea este bună. Cu toate acestea, la temperatură scăzută, deoarece coeficientul de expansiune al materialelor nemetalice este mult mai mare decât cel al materialelor metalice, contracția temperaturii scăzute și contracția etanșărilor metalice, corpurile supapelor și alte părți sunt mult diferite, ceea ce duce la reducerea serioasă a presiunii specifice de etanșare și rezultatul etanșării nu poate fi etanșat. Majoritatea materialelor nemetalice se rigidizează și devin fragile la temperaturi criogenice, pierzând din duritate, ducând la curgere la rece și relaxarea stresului. Cum ar fi cauciucul la o temperatură mai mică decât temperatura sticlei, își va pierde complet elasticitatea, va deveni sticlos, își va pierde etanșeitatea. În plus, cauciucul nu poate fi utilizat pentru supapele GNL deoarece are expansiune a bulelor în mediul GNL. Prin urmare, în prezent, în proiectarea supapei de temperatură joasă, temperatura generală este mai mică de -70 ℃, nu mai folosiți materiale auxiliare de etanșare nemetalice sau materiale nemetalice printr-un proces special în tip de structură compozită metalică și nemetalic.
Conform înregistrărilor străine, unele materiale nemetalice pot fi utilizate bine în stare criogenă. În anii 1970, „slip shod”, un plastic nou de la Irish Alloy Co., LTD., era un fel de polietilenă cu greutate moleculară ultra-înaltă, care avea o rezistență bună la -269 ° C, nu s-a spart sub anumite solicitări de impact, și a menținut o rezistență considerabilă la uzură. Plasticul Mylar dezvoltat în Franța este încă destul de elastic la temperatura hidrogenului lichid (-253℃). Suportul de etanșare din policarbonat al HT Lomanenko din fosta Uniune Sovietică a fost testat în azot lichid (-196 ℃). Datele arată că policarbonatul are un efect de etanșare bun la temperatură scăzută.
2.2 Pereche de garnituri metalice
În condițiile temperaturii scăzute, rezistența și duritatea materialelor metalice cresc, plasticitatea și duritatea scad, prezentând diferite grade de fenomen friabil la temperatură joasă, afectează grav performanța și siguranța supapei. Pentru a preveni ruperea fragilă a materialelor la stres scăzut la temperatură scăzută, atunci când se proiectează supape de temperatură joasă, materialele din oțel inoxidabil feritic sunt utilizate în general atunci când temperatura este mai mare de -100 ℃, în timp ce atunci când temperatura este mai mică de -100 ℃, supapa corpul, capacul supapei, tija supapei și scaunul de etanșare sunt utilizate în principal cu oțel inoxidabil austenitic cu rețea cubică centrată pe față, cupru și aliaj de cupru, aluminiu și aliaj de aluminiu, etc. Dar, deoarece duritatea aluminiului și aliajului de aluminiu nu este mare, rezistența la abraziune și rezistența la abraziune a suprafeței de etanșare este slabă, deci este rar utilizată în supapa de temperatură joasă. În general, utilizați materiale austenitice din oțel inoxidabil, utilizate în mod obișnuit 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2 (304, 316L), etc., aceste materiale nu au temperatură critică friabilă la temperatură scăzută, în condiții de temperatură scăzută, pot menține încă o duritate ridicată.
Cu toate acestea, oțelul inoxidabil austenitic ca material auxiliar al etanșării metalice pentru supape de temperatură joasă are, de asemenea, unele deficiențe. Deoarece majoritatea acestor materiale sunt într-o stare metastabilă la temperatura camerei, austenita din material se transformă în martensită atunci când temperatura scade sub punctul de tranziție de fază (MS). Pentru rețeaua cubică centrată pe corp, densitatea martensitei este mai mică decât cea a rețelei cubice centrate pe față de austenită și, deoarece unii atomi de carbon aranjează reglarea poziției rețelei cubice centrate pe corp, faceți rețeaua de-a lungul creșterii axei C, astfel creșterea volumului se modifică cauzate de stresul intern, faceți inițial după șlefuire să îndeplinească cerințele de etanșare ale deformării flambării suprafeței de etanșare, ceea ce duce la defectarea etanșării.
În plus față de deformarea suprafeței de etanșare cauzată de transformarea fazei la temperatură scăzută, din cauza diferenței de temperatură a fiecărei părți sau a diferenței de proprietăți fizice dintre diferite materiale, rezultând o contracție neuniformă, va apărea și stresul de variație de temperatură. Când solicitarea este sub limita elastică a materialului, se produce o deformare elastică reversibilă în suprafața de etanșare. Când presiunea termică a unei piese depășește limita de curgere a materialului, piesele vor avea deformare și deformare ireversibilă, ceea ce va cauza, de asemenea, defectarea suprafeței de etanșare și va afecta efectul de etanșare.
Având în vedere influența temperaturii scăzute asupra perechii de etanșare metalică, trebuie luate măsuri corespunzătoare pentru ca deformarea suprafeței de etanșare metalică să fie mică sau deformarea suprafeței de etanșare are o influență mică asupra performanței de etanșare. În primul rând, în ceea ce privește materialele, ar trebui să încercăm să alegem materiale cu stabilitate ridicată a structurii metalografice (cum ar fi 316L, dar cu costuri ridicate). În al doilea rând, pentru corp, capacul, tija, etanșarea și alte materiale austenitice din piese trebuie prelucrate la temperatură scăzută, astfel încât transformarea și deformarea martensitei materialului să se realizeze pe deplin înainte de finisare. Temperatura tratamentului la temperatură joasă trebuie să fie mai mică decât temperatura de schimbare a fazei materialului (MS) și mai mică decât temperatura reală de lucru a supapei, iar timpul de tratament ar trebui să fie de 2 ~ 4 ore. Dacă este necesar, pot fi efectuate tratamente multiple la temperatură joasă sau un tratament adecvat de îmbătrânire. În plus față de măsurile de mai sus, proiectarea structurală ar trebui, de asemenea, luată în considerare pentru a reduce impactul deformării suprafeței de etanșare asupra performanței de etanșare, cum ar fi în proiectarea supapelor cu gură, supapelor cu bilă și supapelor fluture pot lua în considerare utilizarea structurii de etanșare elastică, astfel încât că deformarea la temperatură scăzută poate fi parțial compensată. Pentru supapa glob ar trebui să fie structura de etanșare conică, astfel încât deformarea la temperatură scăzută pe suprafața de etanșare a impactului mic.
3. Influența temperaturii scăzute asupra performanței de etanșare a supapei
3.1 Umplerea tulpinii
Datorită defectelor materialului cauciuc la temperatură scăzută și a fenomenului de curgere la rece friabil și serios al majorității materialelor nemetalice, designul de etanșare dintre tijă și corpul supapei de temperatură joasă nu poate utiliza forma de inel de etanșare, poate utilizați numai structura de etanșare a cutiei de ambalare și structura de etanșare cu burduf. Garnitura generală a burdufului este utilizată în mediul care nu permite scurgeri de urme și nu este potrivită pentru ocazii de ambalare, durata de viață a structurii sale cu un singur strat este foarte scurtă, costul structurii multistrat este mare, procesarea este dificilă, deci, în general, nu folosit.
Structura de etanșare a cutiei de presa este ușor de fabricat și procesat, ușor de întreținut și înlocuit și este destul de comună în aplicațiile practice. Cu toate acestea, temperatura generală de lucru a ambalajului nu poate fi mai mică de -40℃. Pentru a asigura performanța de etanșare a ambalajului, dispozitivul cutiei de ambalare al supapei de temperatură joasă ar trebui să fie operat în condițiile apropiate de temperatura ambiantă. La temperatură scăzută, odată cu scăderea temperaturii, elasticitatea umpluturii dispare treptat, iar performanța de etanșare scade. Datorită scurgerii de mediu cauzate de gheața de ambalare și tija supapei, va afecta funcționarea normală a tijei supapei, dar și datorită mișcării tijei supapei va fi zgârieturi de ambalare, provocând scurgeri grave. Prin urmare, în circumstanțe normale, ambalajul supapei de temperatură joasă este necesar să funcționeze la o temperatură de peste 0 ℃, ceea ce necesită proiectarea structurii capacului supapei cu gât lung, astfel încât cutia de ambalare să fie departe de mediul de temperatură scăzută și selectarea ambalajului cu caracteristici de temperatură scăzută. Materialele de umplutură utilizate în mod obișnuit sunt politetrafluoretilenă, azbest, frânghie de azbest politetrafluoretilenă impregnată și grafit flexibil, printre care, deoarece azbestul nu poate evita scurgerea permeabilității, coeficientul de dilatare liniară din politetrafluoretilenă este foarte mare, fenomenul de curgere la rece este grav, deci, în general, nu este utilizat. Grafitul flexibil este un material de etanșare excelent, gazul, lichidul sunt impermeabile, rata de compresie este mai mare de 40%, rezistența este mai mare de 15%, relaxarea tensiunii este mai mică de 5%, presiunea de fixare mai mică poate fi etanșată. Are, de asemenea, autolubricitate, folosită ca ambalare a supapelor poate preveni eficient uzura uzurii tijei supapei, performanța sa de etanșare este evident mai bună decât materialul tradițional de azbest, deci este unul dintre cele mai excelente materiale de etanșare.
Deoarece umplutura este în general un material nemetalic, coeficientul de dilatare liniar este mult mai mare decât cutia de umplutură metalică și tija supapei. Prin urmare, atunci când garnitura asamblată la temperatura camerei scade la o anumită temperatură, contracția sa este mai mare decât cea a orificiului de etanșare și a tijei supapei, ceea ce poate provoca scurgeri din cauza scăderii presiunii de preîncărcare. În proiectare, șurubul presetupei poate fi preîncărcat cu mai multe grupuri de garnituri cu arc cu disc, astfel încât forța de preîncărcare a garniturii la temperatură scăzută să poată fi compensată continuu pentru a asigura efectul de etanșare al ambalajului.
Ambalajele combinate ale tijei cu scurgeri reduse produse de Compania Garlock din Statele Unite, inelul de capăt este realizat din rădăcină de disc împletită din fibră de carbon, inelul de etanșare este realizat din turnare cu bandă de grafit cu textura de diamant de înaltă puritate, prin structura cupă și con și expansiune radială caracteristici, astfel încât performanța de etanșare să fie îmbunătățită.
Deformarea la temperatură scăzută a materialului tijei va afecta, de asemenea, performanța de etanșare a ambalajului. Prin urmare, la fel ca corpul supapei, capacul supapei, materialele accesorii de etanșare, tija trebuie să fie, de asemenea, procesare criogenică după finisare, pentru a face ca deformarea la temperatură scăzută să fie mică. În plus, deoarece oțelul inoxidabil austenitic utilizat în materialul tulpinii criogenice nu poate fi tratat termic pentru a îmbunătăți duritatea suprafeței, este mai probabil ca îmbinarea dintre tulpină și garnitură să se învinețeze reciproc, ducând la scurgeri la ambalaj. Prin urmare, suprafața tulpinii trebuie placată cu crom dur sau nitrură pentru a îmbunătăți duritatea suprafeței.
3.2 Garnitură flanșă mijlocie
Atât etanșarea flanșei din mijloc a supapei, cât și conexiunea externă a supapei de conectare a flanșei sunt în general sub formă de garnituri. Deoarece materialul garniturii se va întări și reduce plasticitatea la temperatură scăzută, garnitura pentru supape de temperatură joasă are cerințe mai mari. Trebuie să aibă etanșare și recuperare fiabile la temperatură normală, temperatură scăzută și schimbări de temperatură. Influența temperaturii scăzute asupra performanței de etanșare a garniturii trebuie luată în considerare cuprinzător.
Conform formelor de etanșare a garniturii utilizate în mod obișnuit, lungimea șurubului, garnitura și grosimea flanșei se vor micșora pe măsură ce temperatura scade. Pentru a asigura etanșarea fiabilă a garniturii la temperatură scăzută, aceasta trebuie îndeplinită
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Introduceți
ΔH1 — Deformarea la tracțiune a ansamblului șuruburilor, mm
Δ H1 = 1/E1H sigma
ΔHT1 — Contracția șurubului în domeniul de temperatură ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — contracția garniturii în zona de temperatură ΔT, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Contracția flanșelor superioare și inferioare în zona de temperatură ΔT, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Preîncărcare șurub, N/mm
E1 — modulul elastic al șurubului, N/mm
α1, α2, α3 — sunt coeficientul de dilatare liniar al materialelor șuruburilor, garniturii și, respectiv, a flanșei, mm/m
H, H – mm
Când garnitura de etanșare atinge temperatura scăzută de lucru proiectată de la temperatura camerei, suma contracției flanșelor superioare și inferioare și contracția garniturii trebuie să fie mai mică decât suma contracției șurubului și a deformării la tracțiune a șurubului. asamblare, astfel încât să se asigure că garnitura are încă o parte din preîncărcare la temperatura de lucru și să mențină capacitatea de etanșare.
În consecință, patru aspecte ar trebui luate în considerare în proiectare. ① Șurubul este fabricat din material cu un coeficient de expansiune liniar mai mare, care are o contracție mai mare la temperatură scăzută. ② Flanșa este realizată din material cu un coeficient de dilatare liniar mai mic pentru a reduce ΔHT3. ③ Reduceți grosimea garniturii și utilizați ca garnitură materialul cu coeficient de dilatare liniar mic. (4) Creșteți deformarea la tracțiune a șuruburilor.
Pentru supapele de temperatură joasă sub -100 ℃, materialul corpului și materialul șuruburilor sunt în general realizate din oțel inoxidabil austenitic, coeficientul de expansiune liniar este același, deci este mai important să alegeți materialul adecvat pentru garnitură și să creșteți deformarea la tracțiune a șuruburilor. Material ideal pentru garnituri la temperatură joasă, duritatea sa este scăzută la temperatura camerei, rezistența la temperaturi scăzute poate fi bună, coeficientul de dilatare liniar este mic și are o anumită rezistență mecanică. În aplicațiile practice, se folosesc în general garnituri de înfășurare din bandă de oțel inoxidabil umplută cu azbest sau politetrafluoretilenă sau grafit flexibil, iar efectul de etanșare al garniturii de înfășurare din grafit flexibil și oțel inoxidabil este ideal. În ceea ce privește deformarea la tracțiune crescută a șurubului, din cauza limitei preîncărcării de instalare a șurubului, marja crescută nu este mult, așa că se poate lua în considerare setarea garniturii arcului disc pentru a compensa.