Все, что вам нужно знать об уплотнении криогенного шарового крана

Шаровой кран имеет простую конструкцию, занимает мало места для установки, герметичен средней силой, не подвержен влиянию внешней движущей силы, поэтому широко используется в различных рабочих условиях. В настоящее время на терминалах СПГ широко используются ультракриогенные шаровые краны, а количество ультракриогенных шаровых кранов составляет 80% от общего количества клапанов на терминалах СПГ. В используемых ультракриогенных шаровых кранах наблюдается внутренняя утечка. На основе критериев проектирования криогенного шарового крана и базовой теории эффективности уплотнения клапана в этой статье анализируются факторы, влияющие на уплотнение ультракриогенного шарового крана.

Проектирование уплотнения криогенного шарового крана

Из-за чрезвычайно низкой рабочей температуры при проектировании и производстве ультракриогенных шаровых кранов возникает ряд технических проблем, таких как выбор материала, низкотемпературное уплотнение, проектирование конструкции, обработка раствором, криогенная обработка, теплоизоляция, контроль качества, техническое обслуживание, безопасность и т. д.

Поэтому существует ряд строгих стандартов на проектирование низкотемпературных клапанов. На международном уровне в основном приняты стандарты BS6364 «Криогенный клапан» и MSSP-134 «Клапаны для криогенной эксплуатации, включая требования к удлинениям корпуса/крышки». Эти два стандарта определяют ключевые моменты и правила проектирования и изготовления криогенных шаровых кранов. Стандарт JB/t7749 «Технические характеристики криогенного клапана» преобразован в соответствии с BS6364 «Криогенный клапан».

При проектировании криогенного шарового крана, в дополнение к общим принципам проектирования клапанов, должны соблюдаться особые требования к конструкции криогенного шарового крана в соответствии с условиями использования.

1. Клапан не должен становиться значительным источником тепла в низкотемпературной системе, поскольку приток тепла не только снижает тепловой КПД, но и вызывает быстрое испарение внутренней жидкости, если приток слишком велик, что приводит к аномальному повышению давления и возникновению опасности. .
2. Низкотемпературная среда не должна оказывать вредного воздействия на работу маховика и герметичность уплотнения.
3. Клапанный узел, непосредственно контактирующий с низкотемпературной средой, должен иметь взрыво- и пожаробезопасную конструкцию.
4. Узел клапана, работающий при низкой температуре, не подлежит смазке, поэтому необходимо принять конструктивные меры для предотвращения истирания трущихся частей.

В процессе проектирования криогенного шарового крана, помимо общих требований, таких как пропускная способность криогенного шарового крана, необходимо учитывать некоторые другие показатели, чтобы лучше оценить технический уровень криогенного шарового крана.

Как правило, технический уровень криогенного шарового крана оценивается путем измерения разумности энергопотребления.

1. Изоляционные характеристики криогенного шарового крана.
2. Охлаждающая способность криогенного шарового крана.
3. Рабочие характеристики уплотнения криогенного шарового крана.
4. Условие, чтобы поверхность криогенного шарового клапана не замерзла.

Рабочая среда криогенного шарового крана сильно отличается от среды обычного клапана. В процессе проектирования, изготовления и проверки низкотемпературного клапана, помимо общих правил проектирования, изготовления и проверки клапана, также необходимо обратить внимание на соответствующую регулировку в соответствии с условиями эксплуатации низкотемпературного клапана.

Основная теория уплотнения криогенного шарового крана

Основными факторами, влияющими на уплотнение клапана, являются структура уплотнительной пары, удельное давление уплотнительной поверхности, физические свойства среды и качество уплотнительной пары и т. д. Однако только при соблюдении принципа уплотнения клапана и полностью учитываются различные факторы, влияющие на герметичность, можно ли предотвратить утечку и обеспечить герметичность.

На примере плоского уплотнения изучите проблему уплотнения соединения уплотняющей поверхности, и принцип уплотнения будет просто объяснен. Принцип герметизирующего соединения показан на рисунке 1. Емкость заполнена жидкостью и газом под определенным давлением и герметизирована крышкой. Статическое давление среды в контейнере FJ = a×P.

FJ — средняя сила, Н
А — площадь среды, действующей на крышку, мм2
P — статическое давление среды в сосуде, МПа

Чтобы удерживать крышку в положении, показанном на рисунке, необходимо приложить внешнюю силу F = FJ в вертикальном направлении поверхности контакта между контейнером и крышкой так, чтобы обеспечить прилегание только торцевой поверхности. Только когда уплотняющая поверхность представляет собой идеальную плоскость, среда не может пройти через поверхность соединения. Для обеспечения герметизации контактной поверхности между герметизирующими поверхностями должна создаваться взаимная сила, то есть крышка должна быть плотно прижата к контейнеру. Когда сила F > FJ, на комбинированной уплотнительной поверхности будет создаваться определенное удельное давление, и существующая плоскостность на плоскости будет деформироваться под действием удельного давления. Если деформация находится в пределах упругости материала и остаточная деформация незначительна, то при приложении силы F к контактной поверхности можно гарантировать герметизирующие свойства. Помимо удельного давления уплотнения к факторам обеспечения герметичности соединения относят также конструкцию уплотнительной пары и так далее. Но в этом ряду факторов ключевую роль играет удельное давление между уплотняющими поверхностями.

Уплотнительные элементы криогенного шарового крана

Хотя конструкция шарового крана проста, это самоуплотняющийся клапан среднего давления и особой конструкции шара, поэтому на окончательное уплотнение шарового крана влияет множество факторов.

1. Качество уплотнительной пары

Качество пары уплотнений шарового крана в основном отражается на округлости шара и шероховатости поверхности уплотнения между шаром и седлом клапана. Округлость шара влияет на посадку между шаром и седлом клапана. Если степень прилегания высокая, сопротивление жидкости, движущейся вдоль уплотняющей поверхности, будет увеличено, что улучшит характеристики уплотнения. Обычно округлость сферы должна быть 9 класса.

Обработка поверхности уплотняющей поверхности имеет большое влияние на уплотнение. Когда качество поверхности низкое, а удельное давление мало, утечка увеличивается. Когда удельное давление велико, влияние отделки на утечку значительно снижается, поскольку микрозубчатый выступ на уплотняющей поверхности сглаживается, а влияние отделки мягкой уплотняющей поверхности на характеристики уплотнения намного меньше, чем жесткое уплотнение металл по металлу.

Согласно точке зрения, что только тогда, когда зазор между парами уплотнений меньше диаметра молекулы жидкости, можно предотвратить утечку жидкости, можно считать, что зазор для предотвращения утечки жидкости должен быть менее 0,003 мкм. Однако даже после тонкого шлифования высота гребня поверхности металла все равно превышает 0,1 мкм, что в 30 раз превышает диаметр молекулы воды.

Следовательно, трудно улучшить характеристики уплотнения только за счет улучшения качества поверхности уплотнения. Качество уплотнительной пары не только влияет на характеристики уплотнения, но и напрямую влияет на срок службы шарового крана. Поэтому качество уплотнительной пары необходимо повышать при изготовлении.

2. Удельное давление уплотнения

Удельное давление уплотнения относится к давлению, действующему на единицу площади уплотняющей поверхности. Удельное давление уплотнения обусловлено разницей давлений между передней и задней частью клапана и внешней силой уплотнения. Удельное давление напрямую влияет на герметичность, надежность и срок службы шарового крана. Утечка обратно пропорциональна разнице давлений. Испытание показывает, что при тех же других условиях утечка обратно пропорциональна квадрату разницы давлений, поэтому утечка будет уменьшаться с увеличением разницы давлений.

Разница давлений является важным фактором для определения удельного давления уплотнения. Таким образом, удельное давление уплотнения очень важно для эффективности уплотнения ультракриогенного шарового крана. Удельное давление уплотнения, приложенного к сфере, не должно быть слишком большим. Если оно слишком велико, это хорошо для герметизации, но это увеличит рабочий крутящий момент клапана, поэтому разумный выбор давления герметизации является предпосылкой для обеспечения герметизации ультракриогенного шарового крана.

3. Физические свойства жидкости.

(1) Вязкость

Проницаемость жидкости тесно связана с ее вязкостью. В тех же условиях, чем выше вязкость жидкости, тем меньше ее проницаемость. Вязкость газа и жидкости сильно различается. ① Вязкость газа в десятки раз меньше, чем у жидкости, поэтому его проницаемость выше, чем у жидкости, за исключением насыщенного пара. Насыщенным паром легко обеспечить герметизацию. ② Сжатые газы утекают легче, чем жидкости.

(2) Температура

Проницаемость жидкости зависит от температуры, при которой изменяется вязкость. Вязкость газа увеличивается с повышением температуры, что пропорционально корню квадратному из температуры газа. Напротив, вязкость жидкости резко уменьшается с повышением температуры, что обратно пропорционально кубу температуры. Кроме того, изменение размера детали, вызванное изменением температуры, приведет к изменению давления уплотнения в зоне уплотнения и повреждению уплотнения. Для герметизации низкотемпературной жидкости этот эффект особенно значителен. Температура пары уплотнений, контактирующей с жидкостью, обычно ниже, чем у нагруженных деталей, поэтому детали пары уплотнений могут сжиматься и ослабляться. При низкой температуре уплотнение является сложным, и большинство уплотнительных материалов выходят из строя при низкой температуре. Поэтому при выборе уплотнительных материалов следует учитывать влияние температуры.

(3) Гидрофильность поверхности

Когда на поверхности имеется тонкая масляная пленка, гидрофильность контактной поверхности нарушается, и канал жидкости блокируется, поэтому для прохождения жидкости через капилляр необходима большая разница давлений.

Поэтому в некоторых шаровых кранах используется уплотнительная смазка для улучшения характеристик уплотнения и увеличения срока службы. При использовании смазочного уплотнения обратите внимание на дополнительную смазку, если масляная пленка уменьшается во время использования. Используемая смазка не должна растворяться в жидкой среде, не испаряться, не затвердевать и не подвергаться другим химическим изменениям. Для низкотемпературных шаровых кранов уплотнительная смазка не подходит. В условиях сверхнизких температур большая часть смазки застекловывается.

4. Структурный аспект

(1) Подконструкция уплотнения

Уплотнительная пара не является абсолютно жесткой. Под воздействием силы уплотнения, изменения температуры и других факторов размер конструкции неизбежно изменится, что приведет к изменению взаимодействия между парами уплотнений, что приведет к снижению эффективности уплотнения. Чтобы компенсировать это изменение, уплотнение подвергается некоторой упругой деформации. В настоящее время седла некоторых шаровых кранов имеют конструктивную форму с упругой компенсацией или металлической упругой опорой, а некоторые корпуса шаров также имеют конструкцию упругого шара. Все это положительные способы улучшить характеристики герметизации.

(2) Ширина уплотняющей поверхности

Ширина уплотняющей поверхности определяет длину пор. При увеличении ширины путь потока по порам увеличивается прямо пропорционально, а утечка уменьшается обратно пропорционально. Но это не так. Контактная поверхность уплотнительной пары не может быть полностью однородной. Когда происходит деформация, ширина уплотняющей поверхности не может играть эффективную роль в уплотнении. С другой стороны, с увеличением ширины уплотняющей поверхности необходимая сила уплотнения должна увеличиваться, поэтому важно разумно выбирать ширину уплотняющей поверхности.

(3) Размер уплотнительного кольца

Уплотнительное кольцо PCTFE широко используется в ультракриогенных шаровых кранах. Однако коэффициент линейного расширения ПТФЭ намного выше, чем у металла при низкой температуре, поэтому уплотнительное кольцо из ПТФЭ сожмется, а его размер будет меньше при низкой температуре. В результате удельное давление шара снижается и между шаром и седлом клапана образуется канал утечки. Следовательно, размер уплотнительного кольца PCTFE также является важным фактором, влияющим на уплотнение ультракриогенного шарового крана. При проектировании следует учитывать влияние усадки размеров при низкой температуре и использовать процесс холодной сборки.

Заключение по герметизации криогенного шарового крана

На основе критериев проектирования криогенного клапана и базовой теории уплотнения клапана в данной статье анализируются факторы, влияющие на уплотнение криогенного шарового клапана, такие как качество пары уплотнений, удельное давление уплотнения, физические свойства жидкости и конструкция и размер уплотнительной пары.

Похожие теги :