Захтеви за употребу и заптивање вентила ниске температуре како одабрати материјал вентила ниске температуре
2. Утицај ниске температуре на перформансе заптивања вентила
2.1 Неметални заптивни парови
Кугласти вентили и лептир вентили који раде на собној температури углавном користе парове заптивки од метала према неметалном материјалу. Због високе еластичности неметалних материјала, специфични притисак потребан за заптивање је мали, тако да је заптивање добро. Међутим, на ниским температурама, пошто је коефицијент експанзије неметалних материјала много већи од коефицијента експанзије металних материјала, скупљање ниске температуре и скупљање металних заптивки, тела вентила и других делова су много различити, што доводи до озбиљно смањење специфичног притиска заптивања и резултат заптивања се не може запечатити. Већина неметалних материјала се укрућује и постаје крхка на криогеним температурама, губе жилавост, што резултира хладним протоком и релаксацијом напрезања. Као што је гума на температури нижој од температуре стакла, потпуно ће изгубити еластичност, постати стакласт, изгубити непропусност. Поред тога, гума се не може користити за ЛНГ вентиле јер има експанзију мехурића у ЛНГ медијуму. Стога, тренутно у дизајну нискотемпературног вентила, општа температура је нижа од -70 ℃, више се не користе неметални помоћни материјали за заптивање или неметални материјали кроз посебан процес у металну и неметалну композитну структуру.
Према страним записима, неки неметални материјали се могу добро користити у криогеном стању. Седамдесетих година прошлог века, „слип сход“, нова пластика компаније Ирисх Аллои Цо., ЛТД., била је врста полиетилена ултра високе молекуларне тежине, који је имао добру жилавост на -269 ° Ц, није се ломио под одређеним ударним стресом, и одржавала значајну отпорност на хабање. Милар пластика развијена у Француској је и даље прилично еластична на температури течног водоника (-253 ℃). Поликарбонатни држач печата ХТ Ломаненка из бившег Совјетског Савеза тестиран је у течном азоту (-196℃). Подаци показују да поликарбонат има добар ефекат заптивања на ниским температурама.
2.2 Пар металних заптивки
У условима ниске температуре, чврстоћа и тврдоћа металних материјала се повећавају, пластичност и жилавост се смањују, показујући различите степене хладнокрхког феномена ниске температуре, озбиљно утичу на перформансе и сигурност вентила. Да би се спречило крхко ломљење материјала при ниском напрезању на ниској температури, при пројектовању вентила за ниске температуре, феритни материјали од нерђајућег челика се генерално користе када је температура виша од -100 ℃, док када је температура нижа од -100 ℃, вентил тело, поклопац вентила, вретено вентила и седиште за заптивање се углавном користе са кубичном решетком аустенитног нерђајућег челика, бакра и бакра легура, алуминијум и легура алуминијума, итд. Али пошто тврдоћа алуминијума и легуре алуминијума није висока, отпорност на хабање и отпорност на хабање површине заптивања је лоша, тако да се ретко користи у вентилу за ниске температуре. Генерално користе аустенитне материјале од нерђајућег челика, који се обично користе 0Цр18Ни9, 00Цр17Ни12Мо2 (304, 316Л), итд., Ови материјали немају ниску температуру хладно крхке критичне температуре, под условима ниске температуре, и даље могу одржавати високу жилавост.
Међутим, аустенитни нерђајући челик као помоћни материјал за нискотемпературну металну заптивку вентила такође има неке недостатке. Пошто је већина ових материјала у метастабилном стању на собној температури, аустенит у материјалу се трансформише у мартензит када се температура спусти испод тачке фазног прелаза (МС). За тело центрирану кубичну решетку густине мартензита је нижа од кубичне решетке аустенита са центрирањем на лице, а пошто неки атоми угљеника уређују регулацију положаја кубичне решетке у центру тела, чине решетку дуж Ц осе раста, чиме се повећава запремина мења узроковано унутрашњим напрезањем, да првобитно након брушења испуните захтеве за заптивање деформације површине заптивања, што резултира заптивање неуспех.
Поред деформације површине заптивке узроковане нискотемпературном фазном трансформацијом, услед температурне разлике сваког дела или разлике физичких својстава између различитих материјала, што резултира неуједначеним скупљањем, такође ће се појавити напон од промене температуре. Када је напон испод границе еластичности материјала, долази до реверзибилне еластичне дисторзије на површини заптивке. Када температурни напон неког дела премаши границу попуштања материјала, делови ће имати неповратно изобличење и деформацију, што ће такође изазвати квар заптивне површине и утицати на ефекат заптивања.
С обзиром на утицај ниске температуре на метални заптивни пар, морају се предузети одговарајуће мере како би деформација металне заптивне површине била мала или деформација заптивне површине има мали утицај на перформансе заптивања. Прво, што се тиче материјала, требало би да покушамо да изаберемо материјале са високом стабилношћу металографске структуре (као што је 316Л али са високим трошковима). Друго, за тело, поклопац, стабло, заптивка и други аустенитни материјали направљени од делова морају бити обрађени на ниској температури, тако да се мартензитна трансформација и деформација материјала у потпуности изврши пре завршне обраде. Температура нискотемпературног третмана треба да буде нижа од температуре промене фазе материјала (МС) и нижа од стварне радне температуре вентила, а време третмана треба да буде 2 ~ 4 сата. Ако је потребно, може се извршити вишеструки третман на ниским температурама или одговарајући третман старења. Поред горе наведених мера, треба узети у обзир и конструкцијски дизајн како би се смањио утицај деформације површине заптивања на перформансе заптивања, као што је код дизајна засун вентила, кугласти вентили и лептир вентили могу размотрити употребу еластичне заптивне структуре, тако да да се деформација ниске температуре може делимично надокнадити. За глобус вентил треба да буде конусна структура заптивке, тако да ниска температура деформације на површини заптивања има мали утицај.
3. Утицај ниске температуре на перформансе заптивања вентила
3.1 Паковање стабљике
Због недостатака гуменог материјала на ниској температури и хладнокрхкости и озбиљног феномена хладног протока већине неметалних материјала, дизајн заптивке између стабла и тела вентила нискотемпературног вентила не може користити облик заптивног прстена, може користите само заптивну структуру кутије за паковање и заптивну структуру меха. Општи мехови заптивач који се користи у медијуму не дозвољава цурење трагова и није погодан за прилике за паковање, животни век његове једнослојне структуре је веома кратак, цена вишеслојне структуре је висока, обрада је тешка, тако да генерално није коришћени.
Заптивна структура кутије за пуњење је једноставна за производњу и обраду, лака за одржавање и замену и прилично је уобичајена у практичној примени. Међутим, општа радна температура паковања не може бити нижа од -40 ℃. Да би се обезбедио учинак заптивања паковања, уређај кутије за паковање нискотемпературног вентила треба да ради у условима близу температуре околине. На ниској температури, са смањењем температуре, еластичност пунила постепено нестаје, а отпорност на цурење се смањује. Због цурења медија узрокованог паковањем и ледом стабла вентила, то ће утицати на нормалан рад стабла вентила, али и због померања стабла вентила доћи ће до огреботина на паковању, узрокујући озбиљно цурење. Стога, у нормалним околностима, паковање вентила ниске температуре мора да ради на температури изнад 0℃, што захтева дизајн структуре поклопца вентила са дугим вратом, тако да кутија за паковање буде удаљена од медија ниске температуре, и избор паковања са карактеристикама ниских температура. Обично коришћена пунила су политетрафлуороетилен, азбест, импрегнирани политетрафлуороетилен азбестни конопац и флексибилни графит, међу којима, пошто азбест не може да избегне цурење пропусности, коефицијент линеарне експанзије политетрафлуороетилена је веома велики, феномен хладног протока се генерално не користи. Флексибилни графит је одличан заптивни материјал, гас, течност су непропусни, степен компресије је већи од 40%, еластичност је већа од 15%, релаксација напона је мања од 5%, нижи притисак причвршћивања се може запечатити. Такође има самоподмазивање, користи се као паковање вентила може ефикасно спречити паковање и хабање вретена вентила, његове перформансе заптивања су очигледно боље од традиционалног азбестног материјала, тако да је један од најбољих материјала за заптивање.
Пошто је пунило углавном неметални материјал, коефицијент линеарне експанзије је много већи од металне кутије за пуњење и стабла вентила. Стога, када паковање склопљено на собној температури падне на одређену температуру, његово скупљање је веће од скупљања отвора за паковање и стабла вентила, што може изазвати цурење услед смањења притиска предоптерећења. У дизајну, завртањ за бртвљење може бити претходно напуњен са више група заптивача диск опруге, тако да се сила преднапрезања паковања на ниској температури може континуирано компензовати како би се обезбедио ефекат заптивања заптивања.
Комбиновано паковање са малим цурењем које производи Гарлоцк Цомпани у Сједињеним Државама, крајњи прстен је направљен од корена диска оплетеног карбонским влакнима, заптивни прстен је направљен од дијамантске текстуре високе чистоће графитне траке, кроз структуру чаше и конуса и радијално ширење карактеристике, тако да су перформансе заптивања побољшане.
Нискотемпературна деформација материјала стабљике ће такође утицати на перформансе заптивања паковања. Због тога, као и тело вентила, поклопац вентила, додатни материјали за заптивање, стабљика такође мора бити обрађена криогеном након завршетка, како би деформација ниске температуре била мала. Поред тога, пошто аустенитни нерђајући челик који се користи у криогеном материјалу стабљике не може бити термички обрађен да би се побољшала површинска тврдоћа, већа је вероватноћа да ће спој између вретена и паковања један другог покварити, што ће резултирати цурењем на паковању. Стога, површина стабљике мора бити обложена тврдим хромом или нитридом да би се побољшала површинска тврдоћа.
3.2 Заптивка средње прирубнице
И средња прирубничка заптивка вентила и спољна веза вентила за прирубницу су углавном у облику заптивки. Пошто ће материјал заптивки очврснути и смањити пластичност на ниским температурама, заптивка за вентиле ниске температуре има веће захтеве. Мора имати поуздано заптивање и опоравак при нормалној температури, ниским температурама и променама температуре. Утицај ниске температуре на перформансе заптивања заптивки треба свеобухватно размотрити.
Према уобичајеним облицима заптивке заптивке, дужина завртња, заптивка и дебљина прирубнице ће се смањити како се температура смањи. Да би се обезбедило поуздано заптивање заптивке на ниским температурама, мора се испунити
Δ ХТ3 Δ ХТ – Δ ХТ1 – Δ Х1 Укуцајте
ΔХ1 — Затезна деформација склопа вијака, мм
Δ Х1 = 1 / Е1Х сигма
ΔХТ1 — Скупљање вијка у температурном опсегу од ΔТ, мм
Δ ХТ1 Δ Т = Х алфа 1
ΔХТ — скупљање заптивке у ΔТ температурној зони, мм
Δ ХТ = алфа 2 Δ х Т
ΔХТ3 — Скупљање горње и доње прирубнице у ΔТ температурној зони, мм
Δ ХТ3 = алфа 3 Δ Т1 (Х – Х)
σ1 — Преднапон завртња, Н/мм
Е1 — модул еластичности вијка, Н/мм
α1, α2, α3 — коефицијент линеарне експанзије материјала завртња, заптивке и прирубнице, мм/м
В, В – мм
Када заптивка достигне пројектовану радну ниску температуру од собне температуре, збир скупљања горње и доње прирубнице и скупљања заптивке мора бити мањи од збира скупљања завртња и затезне деформације завртња. монтажу, како би се осигурало да заптивка и даље има део предоптерећења на радној температури и одржала способност заптивања.
Сходно томе, четири аспекта треба узети у обзир у дизајну. ① Вијак је направљен од материјала са већим коефицијентом линеарног ширења, који има веће скупљање на ниској температури. ② Прирубница је направљена од материјала са мањим коефицијентом линеарног ширења за смањење ΔХТ3. ③ Смањите дебљину заптивке и користите материјал са малим коефицијентом линеарног ширења као заптивку. (4) Повећајте деформацију затезања вијака.
За вентиле ниске температуре испод -100 ℃, материјал тела и материјал вијака су углавном направљени од аустенитног нерђајућег челика, коефицијент линеарне експанзије је исти, па је важније одабрати одговарајући материјал заптивке и повећати затезну деформацију вијака. Идеалан нискотемпературни материјал заптивке, на собној температури је његова тврдоћа ниска, на ниским температурама отпорност може бити добра, коефицијент линеарне експанзије је мали и има одређену механичку чврстоћу. У практичним применама, генерално се користе заптивке за намотавање направљене од траке од нерђајућег челика пуњене азбестом или политетрафлуоретиленом или флексибилним графитом, а заптивни ефекат заптивки за намотавање од флексибилног графита и нерђајућег челика је идеалан. Што се тиче повећане затезне деформације завртња, због ограничења предоптерећења за уградњу завртња, повећана маргина није много, па се може сматрати да се заптивка диск опруге подеси за компензацију.
Време поста: 19.10.2022
