Požiadavky na použitie a tesnenie nízkoteplotného ventilu ako zvoliť materiál nízkoteplotného ventilu
2. Vplyv nízkej teploty na tesniaci výkon ventilu
2.1 Nekovové tesniace páry
Guľové ventily a škrtiace ventily pracujúce pri izbovej teplote vo všeobecnosti používajú páry tesnení kov-nekovový materiál. Vzhľadom na vysokú elasticitu nekovových materiálov je špecifický tlak potrebný na tesnenie malý, takže tesnenie je dobré. Avšak pri nízkej teplote, pretože koeficient rozťažnosti nekovových materiálov je oveľa väčší ako koeficient kovových materiálov, je zmršťovanie pri nízkej teplote a zmršťovanie kovových tesnení, telies ventilov a iných častí veľmi odlišné, čo vedie k vážne zníženie špecifického tlaku tesnenia a výsledok tesnenia nemožno utesniť. Väčšina nekovových materiálov tuhne a krehne pri kryogénnych teplotách, strácajú húževnatosť, čo vedie k prúdeniu za studena a uvoľneniu napätia. Napríklad kaučuk pri teplote nižšej ako je teplota skla úplne stratí elasticitu, stane sa sklovitým, stratí svoju tesnosť. Okrem toho sa guma nemôže použiť na ventily LNG, pretože má expanziu bublín v médiu LNG. Preto v súčasnosti pri konštrukcii nízkoteplotného ventilu je všeobecná teplota nižšia ako -70 ℃, už nepoužívajte nekovové tesniace pomocné materiály alebo nekovové materiály prostredníctvom špeciálneho procesu na typ kovovej a nekovovej kompozitnej konštrukcie.
Podľa zahraničných záznamov sa niektoré nekovové materiály dajú dobre použiť aj v kryogénnom stave. V sedemdesiatych rokoch minulého storočia bol „slip shod“, nový plast od spoločnosti Irish Alloy Co., LTD., druh polyetylénu s ultra vysokou molekulovou hmotnosťou, ktorý mal dobrú húževnatosť pri -269 ° C, pri určitom nárazovom namáhaní sa nerozbil, a zachovala si značnú odolnosť proti opotrebovaniu. Plast Mylar vyvinutý vo Francúzsku je stále dosť elastický pri teplote kvapalného vodíka (-253 ℃). Držiak polykarbonátového tesnenia HT Lomanenko z bývalého Sovietskeho zväzu bol testovaný v tekutom dusíku (-196℃). Údaje ukazujú, že polykarbonát má dobrý tesniaci účinok pri nízkej teplote.
2.2 Pár kovových tesnení
V podmienkach nízkej teploty sa zvyšuje pevnosť a tvrdosť kovových materiálov, znižuje sa plasticita a húževnatosť, čo vykazuje rôzne stupne nízkoteplotného krehkého javu za studena, čo vážne ovplyvňuje výkon a bezpečnosť ventilu. Aby sa predišlo krehkému lomu materiálov pri nízkej teplote, pri navrhovaní nízkoteplotných ventilov sa feritické materiály z nehrdzavejúcej ocele vo všeobecnosti používajú, keď je teplota vyššia ako -100 ℃, zatiaľ čo keď je teplota nižšia ako -100 ℃, ventil telo, kryt ventilu, driek ventilu a tesniace sedlo sa väčšinou používajú s kubickou mriežkou centrovanou austenitickou nehrdzavejúcou oceľou, meďou a zliatinou medi, hliníkom a zliatinou hliníka atď. Ale pretože tvrdosť hliníka a zliatiny hliníka nie je vysoká, odolnosť proti oderu a odolnosť tesniaceho povrchu proti oderu je nízka, takže sa zriedka používa v nízkoteplotnom ventile. Vo všeobecnosti používajte austenitické materiály z nehrdzavejúcej ocele, bežne používané 0Cr18Ni9, 00Cr17Ni12Mo2 (304, 316L) atď., Tieto materiály nemajú kritickú kritickú teplotu pri nízkych teplotách za studena, pri nízkych teplotách si stále môžu zachovať vysokú húževnatosť.
Avšak austenitická nehrdzavejúca oceľ ako nízkoteplotný pomocný materiál na kovové tesnenie ventilov má tiež určité nedostatky. Pretože väčšina týchto materiálov je pri izbovej teplote v metastabilnom stave, austenit v materiáli sa transformuje na martenzit, keď sa teplota zníži pod bod fázového prechodu (MS). Pre teleso centrovanú kubickú mriežku s hustotou martenzitu je nižšia ako pre plošne centrovanú kubickú mriežku austenitu, a pretože niektoré atómy uhlíka usporadúvajú reguláciu polohy kubickej mriežky centrovanej na tele, mriežka rastie pozdĺž osi C, čím dochádza k nárastu objemových zmien spôsobené vnútorným napätím, aby pôvodne po brúsení spĺňali požiadavky na tesnenie deformácie tesniaceho povrchu, čo má za následok zlyhanie tesnenia.
Okrem deformačného zlyhania tesniaceho povrchu spôsobeného nízkoteplotnou fázovou transformáciou, v dôsledku teplotného rozdielu každej časti alebo rozdielu fyzikálnych vlastností medzi rôznymi materiálmi, čo vedie k nerovnomernému zmršťovaniu, dôjde aj k napätiu pri zmene teploty. Keď je napätie pod medzou pružnosti materiálu, vzniká v tesniacej ploche reverzibilná elastická deformácia. Keď teplotné napätie dielu prekročí medzu prieťažnosti materiálu, diely budú mať nezvratné skreslenie a deformáciu, čo tiež spôsobí zlyhanie tesniaceho povrchu a ovplyvní tesniaci účinok.
Vzhľadom na vplyv nízkej teploty na kovový tesniaci pár sa musia prijať zodpovedajúce opatrenia, aby bola deformácia kovového tesniaceho povrchu malá alebo aby deformácia tesniaceho povrchu mala malý vplyv na tesniaci výkon. Po prvé, pokiaľ ide o materiály, mali by sme sa snažiť vybrať materiály s vysokou stabilitou metalografickej štruktúry (napríklad 316L, ale s vysokými nákladmi). Po druhé, pre telo, kryt, stopku, tesnenie a iné austenitické materiály vyrobené z dielov musia byť spracované pri nízkej teplote, aby sa pred dokončením úplne vykonala martenzitická transformácia a deformácia materiálu. Teplota spracovania pri nízkej teplote by mala byť nižšia ako teplota zmeny fázy materiálu (MS) a nižšia ako skutočná pracovná teplota ventilu a doba spracovania by mala byť 2 ~ 4 hodiny. V prípade potreby je možné vykonať viacnásobné ošetrenie pri nízkej teplote alebo vhodné ošetrenie starnutím. Okrem vyššie uvedených opatrení by sa mal brať do úvahy aj konštrukčný návrh, aby sa znížil vplyv deformácie tesniaceho povrchu na tesniaci výkon, ako napríklad pri konštrukcii posúvačov, guľových ventilov a škrtiacich ventilov možno zvážiť použitie elastickej tesniacej štruktúry, takže že nízkoteplotná deformácia môže byť čiastočne kompenzovaná. Pre guľový ventil by mala byť kužeľová tesniaca štruktúra, aby sa pri nízkej teplote deformácie na tesniacej ploche pri malom náraze.
3. Vplyv nízkej teploty na tesniaci výkon ventilu
3.1 Balenie stonky
V dôsledku defektov gumového materiálu pri nízkej teplote a javu krehkého a vážneho studeného toku väčšiny nekovových materiálov nemôže tesniaci dizajn medzi driekom a telesom ventilu nízkoteplotného ventilu použiť formu tesniaceho krúžku, používajte iba tesniacu štruktúru baliaceho boxu a tesniacu štruktúru vlnovca. Všeobecné vlnovcové tesnenie sa používa v médiu, neumožňuje únik stôp a nie je vhodné na balenie, životnosť jeho jednovrstvovej štruktúry je veľmi krátka, náklady na viacvrstvovú štruktúru sú vysoké, spracovanie je náročné, takže vo všeobecnosti nie použité.
Tesniaca štruktúra upchávky sa ľahko vyrába a spracováva, ľahko sa udržiava a vymieňa a je v praktickej aplikácii celkom bežná. Všeobecná pracovná teplota balenia však nemôže byť nižšia ako -40 ℃. Aby sa zabezpečil tesniaci výkon upchávky, malo by byť zariadenie tesniacej skrinky nízkoteplotného ventilu prevádzkované v podmienkach blízkych teplote okolia. Pri nízkej teplote, s poklesom teploty, elasticita plniva postupne mizne a znižuje sa nepriepustnosť. V dôsledku úniku média spôsobeného tesnením a ľadom na drieku ventilu ovplyvní normálnu činnosť drieku ventilu, ale aj v dôsledku pohybu drieku ventilu dôjde k poškriabaniu obalu, čo spôsobí vážne netesnosti. Preto sa za normálnych okolností vyžaduje, aby tesnenie ventilu pri nízkej teplote fungovalo pri teplote nad 0 °C, čo si vyžaduje konštrukciu krytu ventilu s dlhým hrdlom tak, aby bol obal mimo nízkoteplotného média a výber balenia. s nízkoteplotnými vlastnosťami. Bežne používané plnivá sú polytetrafluóretylén, azbest, impregnované azbestové lano z polytetrafluóretylénu a flexibilný grafit, medzi ktorými, pretože azbest sa nemôže vyhnúť úniku permeability, je koeficient lineárnej rozťažnosti polytetrafluóretylénu veľmi veľký, jav toku za studena je vážny, takže sa vo všeobecnosti nepoužíva. Pružný grafit je vynikajúci tesniaci materiál, plyn, kvapalina sú nepriepustné, rýchlosť kompresie je väčšia ako 40 %, pružnosť je väčšia ako 15 %, relaxácia napätia je menšia ako 5 %, nižší upevňovací tlak je možné utesniť. Má tiež vlastnú mazaciu schopnosť, používa sa ako tesnenie ventilu, ktoré môže účinne zabrániť opotrebovaniu upchávky a drieku ventilu, jeho tesniaci výkon je samozrejme lepší ako tradičný azbestový materiál, takže je to jeden z najlepších tesniacich materiálov.
Pretože plnivo je vo všeobecnosti nekovový materiál, koeficient lineárnej rozťažnosti je oveľa väčší ako kovová plniaca skriňa a driek ventilu. Preto, keď upchávka zložená pri izbovej teplote klesne na určitú teplotu, jej zmrštenie je väčšie ako zmrštenie tesniaceho otvoru a drieku ventilu, čo môže spôsobiť netesnosť v dôsledku poklesu predpínacieho tlaku. V konštrukcii môže byť skrutka upchávky predpätá viacerými skupinami tesnení tanierových pružín, takže predpínacia sila tesnenia pri nízkej teplote môže byť nepretržite kompenzovaná, aby sa zabezpečil tesniaci účinok tesnenia.
Kombinované tesnenie drieku s nízkym únikom vyrábané spoločnosťou Garlock Company v Spojených štátoch, koncový krúžok je vyrobený z koreňa disku opleteného uhlíkovými vláknami, tesniaci krúžok je vyrobený z lisovaného grafitového pásika s diamantovou textúrou s vysokou čistotou, cez štruktúru pohára a kužeľa a radiálnu expanziu vlastnosti, aby sa zlepšil tesniaci výkon.
Nízkoteplotná deformácia materiálu drieku tiež ovplyvní tesniaci výkon obalu. Preto, rovnako ako telo ventilu, kryt ventilu, tesniace príslušenstvo, driek musí byť po dokončení kryogénne spracovaný, aby bola nízka deformácia pri nízkej teplote. Okrem toho, pretože austenitická nehrdzavejúca oceľ použitá v kryogénnom materiáli stonky nemôže byť tepelne spracovaná, aby sa zlepšila povrchová tvrdosť, je pravdepodobnejšie, že spoj medzi stonkou a tesnením sa navzájom pomliaždi, čo vedie k presakovaniu tesnenia. Preto musí byť povrch stonky pokovovaný tvrdým chrómom alebo nitridom, aby sa zlepšila tvrdosť povrchu.
3.2 Tesnenie strednej príruby
Ako stredové prírubové tesnenie ventilu, tak aj vonkajšie spojenie prírubového spojovacieho ventilu sú spravidla vo forme tesnení. Pretože materiál tesnenia stvrdne a zníži plasticitu pri nízkej teplote, tesnenie pre nízkoteplotné ventily má vyššie požiadavky. Musí mať spoľahlivé utesnenie a zotavenie pri normálnej teplote, nízkych teplotách a teplotných zmenách. Vplyv nízkej teploty na výkon tesnenia by sa mal posudzovať komplexne.
Podľa bežne používaných tesniacich foriem sa dĺžka skrutky, hrúbka tesnenia a príruby s klesajúcou teplotou zmenšujú. Aby sa zabezpečilo spoľahlivé utesnenie tesnenia pri nízkej teplote, musí byť splnené
Δ HT3 Δ HT – Δ HT1 – Δ H1 Zadajte
ΔH1 — Ťahová deformácia zostavy skrutiek, mm
AH1 = 1/E1H sigma
ΔHT1 — Zmrštenie skrutiek v teplotnom rozsahu ΔT, mm
Δ HT1 Δ T = H alfa 1
ΔHT — zmrštenie tesnenia v teplotnej zóne ΔT, mm
Δ HT = alfa 2 Δ h T
ΔHT3 — Zmrštenie hornej a dolnej príruby v teplotnej zóne ΔT, mm
Δ HT3 = alfa 3 Δ T1 (H – H)
σ1 — Predpätie skrutky, N/mm
E1 – modul pružnosti skrutky, N/mm
α1, α2, α3 – sú koeficienty lineárnej rozťažnosti materiálov skrutiek, tesnení a prírub, mm/m
H, H – mm
Keď tesnenie dosiahne navrhovanú pracovnú nízku teplotu z izbovej teploty, súčet zmrštenia hornej a dolnej príruby a zmrštenia tesnenia musí byť menší ako súčet zmrštenia skrutky a deformácie skrutky v ťahu. montáž, aby sa zabezpečilo, že tesnenie má stále časť predpätia pri pracovnej teplote a udrží si tesniacu schopnosť.
Preto by sa pri návrhu mali zvážiť štyri aspekty. ① Skrutka je vyrobená z materiálu s väčším koeficientom lineárnej rozťažnosti, ktorý má väčšie zmrštenie pri nízkej teplote. ② Príruba je vyrobená z materiálu s menším koeficientom lineárnej rozťažnosti na zníženie ΔHT3. ③ Znížte hrúbku tesnenia a ako tesnenie použite materiál s malým koeficientom lineárnej rozťažnosti. (4) Zvýšte deformáciu skrutiek v ťahu.
Pre nízkoteplotné ventily pod -100 ℃ sú materiál tela a skrutky vo všeobecnosti vyrobené z austenitickej nehrdzavejúcej ocele, koeficient lineárnej rozťažnosti je rovnaký, takže je dôležitejšie zvoliť vhodný materiál tesnenia a zvýšiť deformáciu skrutiek v ťahu. Ideálny nízkoteplotný tesniaci materiál, pri izbovej teplote je jeho tvrdosť nízka, pri nízkej teplote môže byť odolnosť dobrá, koeficient lineárnej rozťažnosti je malý a má určitú mechanickú pevnosť. V praktických aplikáciách sa vo všeobecnosti používajú tesnenia vinutia vyrobené z nehrdzavejúcej oceľovej pásky plnenej azbestom alebo polytetrafluóretylénom alebo flexibilným grafitom, ideálny je tesniaci účinok tesnení vinutia z pružného grafitu a nehrdzavejúcej ocele. Pokiaľ ide o zvýšenú deformáciu skrutky v ťahu, vzhľadom na limit predpätia inštalácie skrutky nie je zvýšená rezerva príliš veľká, takže je možné zvážiť nastavenie tesnenia tanierovej pružiny na kompenzáciu.
Čas odoslania: 19. októbra 2022
