Áttekintés
A golyóscsapokat széles körben használják különféle munkakörülmények között egyszerű felépítésüknek, kis beépítési helyüknek köszönhetően, a golyóscsapok pedig közepes erővel tömítenek, és nem befolyásolják őket külső hajtóerő. Jelenleg az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsapokat általában LNG-fogadó állomásokon használják. Az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsapok száma a teljes LNG-fogadó állomás szelepeinek 80%-át teszi ki. Az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsapok belső szivárgásának jelensége használat közben. Ez a cikk a kriogén szelepek tervezési kritériumai és a szeleptömítési teljesítmény alapelmélete alapján elemzi az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsapok tömítését befolyásoló tényezőket.
2 Tervezési irányelvek
A rendkívül alacsony üzemi hőmérséklet miatt az ultraalacsony hőmérsékletű szelepek tervezése és gyártása számos technikai nehézséggel szembesül, mint például anyagválasztás, alacsony hőmérsékletű tömítés, szerkezeti tervezés, oldatkezelés, kriogén kezelés, hőszigetelés, minőségellenőrzés, karbantartás , biztonság stb. Emiatt egy sor szigorú szabvány létezik a kriogén szelepek tervezésére vonatkozóan. A BS6364 „Cryogenic Valves” és az MSSSP-134 „Requirements for Cryogenic Valves and their Valve Body/Bonnet Extensions” nemzetközi szabványt főként a világon használják. A kriogén szelepek tervezésének és gyártásának kulcsfontosságú pontjait és szabályait átfogóan meghatározták. A szabvány JB/T7749 "Műszaki feltételek kriogén szelepekhez" átalakult a BS6364 "Cryogenic Valves"-ből.
A kriogén szelepek tervezésénél az általános szelepek tervezési elveinek betartása mellett a kriogén szelepek tervezésére vonatkozó speciális követelményeket is be kell tartani a felhasználási feltételeknek megfelelően.
① A szelepek nem lehetnek jelentős hőforrások a kriogén rendszerekben. A beáramló hő ugyanis nemcsak a termikus hatásfokot csökkenti, hanem ha túl nagy a beáramlás, akkor a belső folyadék gyors elpárolgását is okozza, ami abnormális nyomásnövekedést és veszélyt okoz.
②Az alacsony hőmérsékletű közegnek nem lehet káros hatása a kézikerék működésére és a csomagolás tömítési teljesítményére.
③Az alacsony hőmérsékletű közeggel közvetlenül érintkező szelepegységeknek robbanás- és tűzálló szerkezettel kell rendelkezniük.
④Az alacsony hőmérsékleten működő szelepegység nem kenhető, ezért szerkezeti intézkedésekre van szükség a súrlódó részek megkarcolódásának megakadályozására.
A kriogén szelepek tervezése során az általános követelmények, például a kriogén szelepek áramlási kapacitása mellett néhány egyéb mutatót is figyelembe kell venni a kriogén szelepek műszaki színvonalának jobb értékelése érdekében. A kriogén szelepek műszaki színvonalát általában úgy értékelik, hogy mérik, hogy ésszerű-e az energiafogyasztás.
① A kriogén szelepek adiabatikus teljesítménye.
② Kriogén szelepek hűtési teljesítménye.
③ Alacsony hőmérsékletű szelep nyitó és záró tömítéseinek működése.
④ Az a feltétel, hogy a kriogén szelep felülete ne fagyjon meg.
A kriogén szelepek munkakörnyezete nagyon eltér az általános szelepekétől. A kriogén szelepek tervezése, gyártása és ellenőrzése során a szelep tervezési, gyártási és ellenőrzési általános szabályainak betartása mellett figyelmet kell fordítani arra is, hogy a kriogén szelepek milyen környezetben helyezkednek el. Megfelelő kiigazítások.
3 alapelmélet
A szeleptömítést befolyásoló fő tényezők a tömítőpár szerkezete, a tömítőfelület fajlagos nyomása, a közeg fizikai tulajdonságai és a tömítőpár minősége. De csak akkor tudjuk megakadályozni a szivárgást és biztosítani a tömítést, ha valóban megértjük a szeleptömítés elvét, és teljes mértékben figyelembe vesszük a tömítési teljesítményt befolyásoló különféle tényezőket.
Példaként a lapos tömítést vesszük figyelembe a tömítőfelület csatlakozásának tömítési problémáját, és röviden ismertetjük a tömítés elvét. A tömített csatlakozás elvét az 1. ábra mutatja, amelyben a tartályt meghatározott nyomáson folyadékkal és gázzal töltik meg, és fedőlemezzel lezárják. A tartályban lévő közeg statikus nyomása: FJ=A×P
A képletben FJ——közepes erő, N
A-- a fedőlemezre ható közeg területe, mm2
P——A tartályban lévő közeg statikus nyomása, MPa
In order to keep the cover plate in the position shown in the figure, an external force F=FJ must be applied in the vertical direction of the contact surface of the container and the cover plate, so that only the end faces can be guaranteed. Only when the sealing surface is an ideal plane, the medium will not pass through between the joint surfaces. In order to ensure the tightness of the contact surface, an interaction force must be generated between the sealing surfaces, that is, the cover is pressed against the container by force. When the force F>FJ, a kombinált tömítőfelületen bizonyos fajlagos nyomás keletkezik, és a síkon meglévő síkság a fajlagos nyomásra támaszkodva deformálódik. Ha az alakváltozás az anyag rugalmassági határtartományán belül van, és kismértékű maradó alakváltozás van, akkor a tömítés garantálható, ha az F erőt az érintkezési felületre tesszük. A tömítés fajlagos nyomásán túl a csatlakozás tömítettségét biztosító tényezők közé tartozik a tömítőszerkezet stb. De ebben a tényezősorozatban a tömítőfelületek közötti fajlagos nyomásérték játszik kulcsszerepet.
4 Tömítő elemek
Bár a golyóscsap felépítése egyszerű, mivel ez egy közepes nyomású önzáró szelep és a golyó speciális szerkezete, számos tényező befolyásolja, hogy a golyóscsap végül tömített-e.
4.1 Másodlagos tömítés minősége
A golyósszelep tömítőpár minősége elsősorban a golyó kerekségében és a golyó és a szelepülék közötti tömítőfelület felületi érdességében nyilvánul meg. A labda kereksége befolyásolja, hogy a labda mennyire illeszkedik az ülésbe. Ha az illeszkedés mértéke magas, a folyadék ellenállása a tömítőfelület mentén megnő, ezáltal javul a tömítési teljesítmény. Általában a gömb kerekségének 9-es fokozatúnak kell lennie.
A tömítőfelület felületi minősége nagyban befolyásolja a tömítést. Ha a simaság alacsony és a fajlagos nyomás kicsi, a szivárgás nő. Ha azonban a fajlagos nyomás nagy, a bevonat szivárgásra gyakorolt hatása jelentősen csökken, mivel a tömítőfelület mikroszkopikus csipkés csúcsai elsimulnak, és a lágy tömítőfelület simasága nagyobb hatással van a tömítési teljesítményre, mint a fém merevsége fémhez A tömítés sokkal kisebb. Abból a szempontból, hogy csak akkor nem szivároghat a folyadék, ha a tömítőpárok közötti rés kisebb, mint a folyadék molekulaátmérője, úgy tekinthetjük, hogy a folyadékszivárgást megakadályozó résnek kisebbnek kell lennie, mint {{{{2} }}}.003 μm. A csúcsok magassága azonban még finomra őrölt fémfelületen is 0,1 μm felett van, ami 30-szor nagyobb, mint egy vízmolekula átmérője. Látható, hogy valójában csak a tömítőfelület simaságának javításával nehéz a tömítési teljesítményt javítani. A tömítőpár minősége nem csak a tömítési teljesítményt befolyásolja, hanem közvetlenül befolyásolja a golyóscsap élettartamát is. Ezért a gyártás során javítani kell a tömítőpár minőségét.
4.2 Tömítés fajlagos nyomás
A tömítés fajlagos nyomása a tömítőfelület egységnyi területén ható nyomásra vonatkozik. A tömítés fajlagos nyomását a szelep eleje és hátulja közötti nyomáskülönbség és a külső tömítőerő hozza létre. A fajlagos nyomás közvetlenül befolyásolja a gömbcsap tömítési teljesítményét, megbízhatóságát és élettartamát. A szivárgás mértéke fordítottan arányos a nyomáskülönbséggel. Kísérletek igazolták, hogy más feltételek mellett a szivárgás mértéke fordítottan arányos a nyomáskülönbség négyzetével, ezért a szivárgás mértéke a nyomáskülönbség növekedésével csökken. A nyomáskülönbség fontos tényező a tömítés fajlagos nyomásának meghatározásában, ezért a tömítési fajlagos nyomás nagyon fontos a kriogén golyóscsap tömítési teljesítménye szempontjából. A golyóra alkalmazott tömítési fajlagos nyomás nem lehet túl nagy, a túl nagy előnyös a tömítéshez, de növeli a szelep működési nyomatékát, ezért a tömítési fajlagos nyomás ésszerű megválasztása az ultra- alacsony hőmérsékletű golyóscsap.
4.3 A folyadékok fizikai tulajdonságai
1) Viszkozitás
A folyadék áthatolhatósága szorosan összefügg a viszkozitásával. Más feltételek mellett, minél nagyobb a folyadék viszkozitása, annál kisebb a behatolási képessége. A gázok és a folyadékok viszkozitása nagyon eltérő. ①A gáz viszkozitása több tucatszor kisebb, mint a folyadéké, ezért áthatoló képessége erősebb, mint a folyadéké. A telített gőz azonban kivétel, és a telített gőzzel könnyű a tömítést biztosítani. ② A sűrített gáz könnyebben szivárog, mint a folyadék.
(2) hőmérséklet
A folyadék áthatolhatósága a viszkozitás változását okozó hőmérséklettől függ. A gáz viszkozitása a hőmérséklet emelkedésével növekszik, ami arányos a gáz hőmérsékletének gyökével. A folyadék viszkozitása ezzel ellentétes, a hőmérséklet emelkedésével meredeken csökken, és fordítottan arányos a hőmérséklet kockájával. Ezenkívül az alkatrészek méretének hőmérséklet-változások miatti változása a tömítés nyomásának változását okozza a tömítés területén, és károsíthatja a tömítést. Hatása különösen jelentős a kriogén folyadékok tömítésére. Mivel a folyadékkal érintkező tömítőpár általában hidegebb, mint a feszítőelem, ez a tömítőpár összezsugorodását és ellazulását okozza. Alacsony hőmérsékleten a tömítése bonyolult, és a legtöbb tömítőanyag alacsony hőmérsékleten meghibásodik. Ezért a tömítőanyag kiválasztásakor figyelembe kell venni a hőmérséklet hatását.
3) Felületi hidrofilitás
A felületi hidrofil hatást a szivárgásra a kapilláris pórusok jellemzői okozzák. Ha vékony olajfilmréteg van a felületen, az tönkreteszi az érintkezési felület hidrofilitását és blokkolja a folyadékcsatornát, amihez nagy nyomáskülönbségre van szükség ahhoz, hogy a folyadékot a kapilláris pórusain áthaladhassák. Ezért egyes golyóscsapok tömítőzsírt használnak a tömítés és az élettartam javítására. Zsírtömítés használatakor ügyelni kell arra, hogy ha az olajréteg használat közben csökken, akkor a zsírt pótolni kell. A felhasznált zsírnak a folyékony közegben oldhatatlannak kell lennie, és nem szabad elpárolognia, megkeményednie vagy más kémiai változáson menni. A kriogén golyóscsapok nem alkalmasak zsírok tömítésére, és a zsír nagy része ultraalacsony hőmérsékleten üvegesedik.
4.4 Szerkezeti méretek
(1) Tömítő szerkezet
Mivel a tömítőpár nem teljesen merev, szerkezeti mérete elkerülhetetlenül megváltozik a tömítőerő vagy a hőmérséklet-változás hatására, ami megváltoztatja a tömítőpárok közötti kölcsönhatási erőt, ami csökkenti a tömítési teljesítményt. Ennek a változásnak a kompenzálására a tömítésnek bizonyos rugalmas alakváltozással kell rendelkeznie. Jelenleg egyes golyósszelep-ülékek szerkezeti formát vesznek fel rugalmas kompenzációval vagy fém rugalmas támasztékkal, és néhány golyó rugalmas gömbszerkezetet is alkalmaz. Ezek a jobb tömítési teljesítmény agresszív formája.
(2) A tömítőfelület szélessége
A tömítőfelület szélessége határozza meg a kapilláris pórusok hosszát. A szélesség növekedésével arányosan nő a folyadék mozgási távolsága a kapilláris mentén, míg a szivárgás fordítottan csökken. De valójában nem ez a helyzet, mert a tömítőpár érintkezési felületei nem illeszthetők teljesen össze, és deformáció esetén a tömítőfelület szélessége nem tölthet be teljes mértékben hatékonyan tömítő szerepet. Másrészt a tömítőfelület szélességének növelése növeli a szükséges tömítőerőt, ezért fontos a tömítőfelület szélességének ésszerű megválasztása is.
(3) A tömítőgyűrű méretei
Az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsapok általában PCTFE tömítőgyűrűket használnak, és a PCTFE lineáris tágulási együtthatója alacsony hőmérsékleten sokkal magasabb, mint a fémeké. Emiatt alacsony hőmérsékleten a PCTFE tömítőgyűrűk mérete zsugorodik, aminek következtében csökken a tömítés fajlagos nyomása a golyóval, és szivárgási út jön létre a golyó és a szelepülés között. Ezért a PCTFE tömítőgyűrű mérete is fontos tényező, amely befolyásolja az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsap tömítését. A tervezésnél figyelembe kell venni az alacsony hőmérsékleten bekövetkező méretzsugorodás hatását, és a hidegszerelési eljárást át kell venni a folyamat során.
5 Következtetés
Tekintettel az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsapok széles körben elterjedt belső szivárgására a meglévő LNG-fogadó állomásokon, a kriogén szelepek tervezési elvei és a szeleptömítés alapelmélete alapján a tömítőpár minősége, a tömítés fajlagos nyomása, a folyadék fizikai tulajdonságai, valamint a tömítőpár szerkezete és mérete befolyásolja az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsap tömítését. elemeit elemzik. Sok más tényező is befolyásolja az ultraalacsony hőmérsékletű golyóscsapok tömítését, mint például a golyó merevsége és az, hogy a golyó közepe koncentrikus-e a szelepülék tömítőfelületével az összeszerelés során. A tömítés fajlagos nyomása, valamint a tömítőpár szerkezete és mérete a kriogén golyóscsap tömítését befolyásoló fontos tényezők, amelyeket a tervezés során teljes mértékben figyelembe kell venni.