Επισκόπηση
Οι σφαιρικές βαλβίδες χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες συνθήκες εργασίας λόγω της απλής δομής τους, του μικρού χώρου εγκατάστασης και οι σφαιρικές βαλβίδες βασίζονται σε μέτρια δύναμη για να σφραγίσουν και δεν επηρεάζονται από εξωτερικές κινητήριες δυνάμεις. Επί του παρόντος, οι σφαιρικές βαλβίδες εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται γενικά σε σταθμούς λήψης LNG. Ο αριθμός των σφαιρικών βαλβίδων εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας αντιστοιχεί στο 80% του συνολικού αριθμού βαλβίδων σε ολόκληρο τον σταθμό λήψης LNG. Υπάρχει φαινόμενο εσωτερικής διαρροής σφαιρικών βαλβίδων εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας κατά τη χρήση. Με βάση τα κριτήρια σχεδιασμού των κρυογονικών βαλβίδων και τη βασική θεωρία της απόδοσης στεγανοποίησης βαλβίδων, αυτή η εργασία αναλύει τους παράγοντες που επηρεάζουν τη σφράγιση σφαιρικών βαλβίδων εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας.
2 Οδηγίες σχεδίασης
Λόγω της εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας εργασίας, ο σχεδιασμός και η κατασκευή βαλβίδων εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας αντιμετωπίζει μια σειρά από τεχνικές δυσκολίες, όπως επιλογή υλικού, στεγανοποίηση χαμηλής θερμοκρασίας, δομικός σχεδιασμός, επεξεργασία διαλύματος, κρυογονική επεξεργασία, θερμομόνωση, ποιοτικός έλεγχος, συντήρηση , ασφάλεια κτλ. Για το λόγο αυτό, υπάρχει μια σειρά αυστηρών προτύπων για τον σχεδιασμό κρυογονικών βαλβίδων. Τα διεθνή πρότυπα BS6364 "Cryogenic Valves" και MSSSP-134 "Requirements for Cryogenic Valves and their Valve Body/Bonnet Extensions" χρησιμοποιούνται κυρίως στον κόσμο. Τα βασικά σημεία και οι κανόνες για το σχεδιασμό και την κατασκευή κρυογονικών βαλβίδων προσδιορίζονται αναλυτικά. Το πρότυπο JB/T7749 "Τεχνικές συνθήκες για κρυογονικές βαλβίδες" έχει μετατραπεί από BS6364 "Cryogenic Valves".
Κατά το σχεδιασμό κρυογονικών βαλβίδων, εκτός από την τήρηση των αρχών σχεδιασμού των γενικών βαλβίδων, θα πρέπει να τηρούνται και οι ειδικές απαιτήσεις για το σχεδιασμό κρυογονικών βαλβίδων σύμφωνα με τις συνθήκες χρήσης.
① Οι βαλβίδες δεν πρέπει να αποτελούν σημαντική πηγή θερμότητας στα κρυογονικά συστήματα. Αυτό συμβαίνει επειδή η εισροή θερμότητας όχι μόνο μειώνει τη θερμική απόδοση, αλλά εάν η εισροή είναι πολύ μεγάλη, θα προκαλέσει επίσης γρήγορη εξάτμιση του εσωτερικού υγρού, με αποτέλεσμα μια αφύσικη αύξηση της πίεσης και προκαλώντας κίνδυνο.
②Το μέσο χαμηλής θερμοκρασίας δεν πρέπει να έχει επιβλαβείς επιπτώσεις στη λειτουργία του χειροτροχού και στην απόδοση στεγανοποίησης της συσκευασίας.
③ Τα συγκροτήματα βαλβίδων που έρχονται σε άμεση επαφή με μέσα χαμηλής θερμοκρασίας θα πρέπει να έχουν αντιεκρηκτική και πυρίμαχη δομή.
④Το συγκρότημα της βαλβίδας που λειτουργεί σε χαμηλή θερμοκρασία δεν μπορεί να λιπαίνεται, επομένως απαιτούνται δομικά μέτρα για την αποφυγή γρατσουνίσματος των εξαρτημάτων τριβής.
Στη διαδικασία σχεδιασμού των κρυογονικών βαλβίδων, εκτός από την εξέταση των γενικών απαιτήσεων, όπως η ικανότητα ροής των κρυογονικών βαλβίδων, πρέπει να ληφθούν υπόψη και ορισμένοι άλλοι δείκτες προκειμένου να αξιολογηθεί καλύτερα το τεχνικό επίπεδο των κρυογονικών βαλβίδων. Το τεχνικό επίπεδο των κρυογονικών βαλβίδων συνήθως αξιολογείται μετρώντας εάν η κατανάλωση ενέργειας είναι λογική.
① Αδιαβατική απόδοση κρυογονικών βαλβίδων.
② Απόδοση ψύξης των κρυογονικών βαλβίδων.
③ Απόδοση λειτουργίας των σφραγίδων ανοίγματος και κλεισίματος βαλβίδων χαμηλής θερμοκρασίας.
④ Η προϋπόθεση ότι η επιφάνεια της κρυογονικής βαλβίδας δεν παγώνει.
Το περιβάλλον εργασίας των κρυογονικών βαλβίδων είναι πολύ διαφορετικό από αυτό των γενικών βαλβίδων. Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού, κατασκευής και επιθεώρησης κρυογονικών βαλβίδων, εκτός από την τήρηση των γενικών κανόνων σχεδιασμού, κατασκευής και επιθεώρησης βαλβίδων, πρέπει επίσης να δοθεί προσοχή στο περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται οι κρυογονικές βαλβίδες. Κατάλληλες ρυθμίσεις.
3 βασική θεωρία
Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη στεγανοποίηση της βαλβίδας είναι η δομή του ζεύγους στεγανοποίησης, η ειδική πίεση της επιφάνειας στεγανοποίησης, οι φυσικές ιδιότητες του μέσου και η ποιότητα του ζεύγους στεγανοποίησης. Αλλά μόνο όταν κατανοήσουμε πραγματικά την αρχή της στεγανοποίησης της βαλβίδας και λάβουμε πλήρως υπόψη διάφορους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση στεγανοποίησης της, μπορούμε να αποτρέψουμε τη διαρροή και να εξασφαλίσουμε τη στεγανοποίηση.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την επίπεδη σφράγιση, μελετάται το πρόβλημα στεγανοποίησης της σύνδεσης της επιφάνειας σφράγισης και επεξηγείται συνοπτικά η αρχή της σφράγισης. Η αρχή της σφραγισμένης σύνδεσης φαίνεται στο Σχήμα 1, στο οποίο το δοχείο γεμίζεται με υγρό και αέριο με μια ορισμένη πίεση και σφραγίζεται με μια πλάκα κάλυψης. Η στατική πίεση του μέσου στο δοχείο είναι: FJ=A×P
Στον τύπο, FJ——μέση δύναμη, N
A——η περιοχή του μέσου που ενεργεί στην πλάκα κάλυψης, mm2
P——Στατική πίεση του μέσου στο δοχείο, 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, μια συγκεκριμένη ειδική πίεση θα δημιουργηθεί στη συνδυασμένη επιφάνεια στεγανοποίησης και η υπάρχουσα επιπεδότητα στο επίπεδο θα παραμορφωθεί βασιζόμενη στη συγκεκριμένη πίεση. Εάν η παραμόρφωση είναι εντός του εύρους ελαστικού ορίου του υλικού και υπάρχει μικρή υπολειπόμενη παραμόρφωση, η στεγανοποίηση μπορεί να είναι εγγυημένη όταν η δύναμη F εφαρμόζεται στην επιφάνεια επαφής. Εκτός από τη συγκεκριμένη πίεση της στεγανοποίησης, οι παράγοντες για τη διασφάλιση της στεγανότητας της σύνδεσης περιλαμβάνουν επίσης τη δομή στεγανοποίησης και ούτω καθεξής. Αλλά σε αυτή τη σειρά παραγόντων, η ειδική τιμή πίεσης μεταξύ των επιφανειών στεγανοποίησης παίζει βασικό ρόλο.
4 Στοιχεία στεγανοποίησης
Αν και η δομή της σφαιρικής βαλβίδας είναι απλή, επειδή είναι μια μεσαίας πίεσης αυτοσφραγιζόμενη βαλβίδα και η ειδική δομή της μπάλας, υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν το εάν η σφαιρική βαλβίδα είναι τελικά σφραγισμένη.
4.1 Δευτερεύουσα ποιότητα σφραγίδας
Η ποιότητα του ζεύγους στεγανοποίησης σφαιρικής βαλβίδας εκδηλώνεται κυρίως στη στρογγυλότητα της σφαίρας και στην επιφανειακή τραχύτητα της επιφάνειας στεγανοποίησης μεταξύ της σφαίρας και της έδρας της βαλβίδας. Η στρογγυλότητα της μπάλας επηρεάζει το πόσο καλά ταιριάζει η μπάλα στο κάθισμα. Εάν ο βαθμός προσαρμογής είναι υψηλός, η αντίσταση του ρευστού να κινείται κατά μήκος της επιφάνειας στεγανοποίησης θα αυξηθεί, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση στεγανοποίησης. Γενικά, η στρογγυλότητα της σφαίρας απαιτείται να είναι βαθμού 9.
Το φινίρισμα της επιφάνειας της επιφάνειας στεγανοποίησης έχει μεγάλη επίδραση στη στεγανοποίηση. Όταν η ομαλότητα είναι χαμηλή και η συγκεκριμένη πίεση μικρή, η διαρροή θα αυξηθεί. Ωστόσο, όταν η ειδική πίεση είναι μεγάλη, η επίδραση του φινιρίσματος στη διαρροή μειώνεται σημαντικά, επειδή οι μικροσκοπικές οδοντωτές κορυφές στην επιφάνεια σφράγισης ισοπεδώνονται και η ομαλότητα της μαλακής επιφάνειας σφράγισης έχει μεγαλύτερη επίδραση στην απόδοση στεγανοποίησης από η ακαμψία του μετάλλου σε μέταλλο Η σφράγιση είναι πολύ μικρότερη. Από την άποψη ότι μόνο όταν το διάκενο μεταξύ των ζευγών στεγανοποίησης είναι μικρότερο από τη μοριακή διάμετρο του ρευστού δεν μπορεί να διαρρεύσει το ρευστό, μπορεί να θεωρηθεί ότι το διάκενο για την αποφυγή διαρροής υγρού πρέπει να είναι μικρότερο από {{{{2} }}}.003 μm. Ωστόσο, το ύψος των κορυφών ακόμη και σε μια λεπτώς αλεσμένη μεταλλική επιφάνεια εξακολουθεί να είναι πάνω από 0,1 μm, που είναι 30 φορές μεγαλύτερο από τη διάμετρο ενός μορίου νερού. Μπορεί να φανεί ότι είναι πραγματικά δύσκολο να βελτιωθεί η απόδοση στεγανοποίησης μόνο με τη βελτίωση της ομαλότητας της επιφάνειας σφράγισης. Η ποιότητα του ζεύγους στεγανοποίησης όχι μόνο επηρεάζει την απόδοση στεγανοποίησης, αλλά επηρεάζει επίσης άμεσα τη διάρκεια ζωής της σφαιρικής βαλβίδας. Επομένως, η ποιότητα του ζεύγους στεγανοποίησης πρέπει να βελτιωθεί κατά την κατασκευή.
4.2 Ειδική πίεση στεγανοποίησης
Η ειδική πίεση στεγανοποίησης αναφέρεται στην πίεση που ασκείται στη μονάδα επιφάνειας της επιφάνειας στεγανοποίησης. Η ειδική πίεση στεγανοποίησης δημιουργείται από τη διαφορά πίεσης μεταξύ του μπροστινού και του πίσω μέρους της βαλβίδας και της εξωτερικής δύναμης στεγανοποίησης. Η συγκεκριμένη πίεση επηρεάζει άμεσα την απόδοση στεγανοποίησης, την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής της σφαιρικής βαλβίδας. Η ποσότητα της διαρροής είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη διαφορά πίεσης. Πειράματα έχουν αποδείξει ότι, υπό άλλες συνθήκες που είναι ίδιες, η ποσότητα της διαρροής είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της διαφοράς πίεσης, επομένως, η ποσότητα της διαρροής θα μειωθεί με την αύξηση της διαφοράς πίεσης. Η διαφορά πίεσης είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της ειδικής πίεσης στεγανοποίησης, επομένως η ειδική πίεση σφράγισης είναι πολύ σημαντική για την απόδοση στεγανοποίησης της κρυογονικής σφαιρικής βαλβίδας. Η ειδική πίεση στεγανοποίησης που εφαρμόζεται στη σφαίρα δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη, η πολύ μεγάλη είναι ευεργετική για τη σφράγιση, αλλά θα αυξήσει τη ροπή λειτουργίας της βαλβίδας, επομένως μια λογική επιλογή ειδικής πίεσης στεγανοποίησης είναι η προϋπόθεση για τη διασφάλιση της σφράγισης του υπερ- σφαιρική βαλβίδα χαμηλής θερμοκρασίας.
4.3 Φυσικές ιδιότητες υγρών
1) Ιξώδες
Η διαπερατότητα ενός ρευστού σχετίζεται στενά με το ιξώδες του. Υπό άλλες συνθήκες που είναι ίδιες, όσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες του ρευστού, τόσο μικρότερη είναι η ικανότητα διείσδυσής του. Τα αέρια και τα υγρά έχουν πολύ διαφορετικά ιξώδη. ①Το ιξώδες του αερίου είναι δεκάδες φορές μικρότερο από αυτό του υγρού, επομένως η ικανότητα διείσδυσής του είναι ισχυρότερη από αυτή του υγρού. Αλλά ο κορεσμένος ατμός είναι μια εξαίρεση και ο κορεσμένος ατμός είναι εύκολο να εξασφαλιστεί η σφράγιση. ②Το συμπιεσμένο αέριο διαρρέει ευκολότερα από το υγρό.
(2) θερμοκρασία
Η διαπερατότητα ενός ρευστού εξαρτάται από τη θερμοκρασία που προκαλεί την αλλαγή στο ιξώδες. Το ιξώδες ενός αερίου αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, η οποία είναι ανάλογη με τη ρίζα της θερμοκρασίας του αερίου. Το ιξώδες του υγρού είναι το αντίθετο, μειώνεται απότομα με την αύξηση της θερμοκρασίας και είναι αντιστρόφως ανάλογο με τον κύβο της θερμοκρασίας. Επιπλέον, αλλαγές στις διαστάσεις των εξαρτημάτων λόγω αλλαγών θερμοκρασίας θα προκαλέσουν αλλαγές στην πίεση στεγανοποίησης στην περιοχή στεγανοποίησης και μπορεί να καταστρέψουν τη στεγανοποίηση. Η επιρροή του είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη σφράγιση κρυογονικών ρευστών. Επειδή το ζεύγος στεγανοποίησης που έρχεται σε επαφή με το ρευστό είναι συνήθως πιο ψυχρό από το στέλεχος τάσης, αυτό προκαλεί το στεγανοποιητικό ζεύγος να συρρικνώνεται και να χαλαρώνει. Στην κατάσταση χαμηλής θερμοκρασίας, η σφράγισή του είναι περίπλοκη και τα περισσότερα υλικά στεγανοποίησης αποτυγχάνουν σε χαμηλή θερμοκρασία. Επομένως, η επίδραση της θερμοκρασίας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή του υλικού στεγανοποίησης.
3) Υδροφιλικότητα επιφάνειας
Η επίδραση της υδροφιλικότητας της επιφάνειας στη διαρροή προκαλείται από τα χαρακτηριστικά των τριχοειδών πόρων. Όταν υπάρχει ένα λεπτό στρώμα φιλμ λαδιού στην επιφάνεια, θα καταστρέψει την υδροφιλία της επιφάνειας επαφής και θα μπλοκάρει το κανάλι του υγρού, το οποίο απαιτεί μεγάλη διαφορά πίεσης για να περάσει το υγρό μέσω των τριχοειδών πόρων. Επομένως, ορισμένες σφαιρικές βαλβίδες χρησιμοποιούν γράσο στεγανοποίησης για να βελτιώσουν τη στεγανοποίηση και τη διάρκεια ζωής. Όταν χρησιμοποιείτε τσιμούχα γράσου, θα πρέπει να σημειωθεί ότι εάν το φιλμ λαδιού μειωθεί κατά τη χρήση, το γράσο θα πρέπει να ανανεωθεί. Το γράσο που χρησιμοποιείται θα πρέπει να είναι αδιάλυτο στο ρευστό μέσο και δεν πρέπει να εξατμίζεται, να σκληραίνει ή να υπόκειται σε άλλες χημικές αλλαγές. Οι κρυογονικές σφαιρικές βαλβίδες δεν είναι κατάλληλες για σφράγιση γράσου και το μεγαλύτερο μέρος του γράσου θα υαλοποιηθεί σε συνθήκες εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας.
4.4 Δομικές διαστάσεις
(1) Στεγανοποιητική δομή
Δεδομένου ότι το ζεύγος στεγανοποίησης δεν είναι απολύτως άκαμπτο, το δομικό του μέγεθος θα αλλάξει αναπόφευκτα υπό την επίδραση της δύναμης σφράγισης ή της αλλαγής θερμοκρασίας, η οποία θα αλλάξει τη δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ των ζευγών στεγανοποίησης, με αποτέλεσμα μειωμένη απόδοση σφράγισης. Για να αντισταθμιστεί αυτή η αλλαγή, η τσιμούχα θα πρέπει να έχει μια ορισμένη ελαστική παραμόρφωση. Προς το παρόν, ορισμένες έδρες σφαιρικής βαλβίδας υιοθετούν τη δομική μορφή με ελαστική αντιστάθμιση ή μεταλλικό ελαστικό στήριγμα, και ορισμένες μπάλες υιοθετούν επίσης ελαστική δομή μπάλας. Πρόκειται για μια επιθετική μορφή βελτιωμένης απόδοσης στεγανοποίησης.
(2) Πλάτος επιφάνειας στεγανοποίησης
Το πλάτος της επιφάνειας σφράγισης καθορίζει το μήκος των τριχοειδών πόρων. Όταν το πλάτος αυξάνεται, η απόσταση κίνησης του ρευστού κατά μήκος του τριχοειδούς αυξάνεται αναλογικά, ενώ η διαρροή μειώνεται αντίστροφα. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει στην πραγματικότητα, επειδή οι επιφάνειες επαφής του ζεύγους στεγανοποίησης δεν μπορούν να ταιριάζουν πλήρως, και όταν συμβαίνει παραμόρφωση, το πλάτος της επιφάνειας σφράγισης δεν μπορεί να παίξει πλήρως αποτελεσματικό ρόλο σφράγισης. Από την άλλη πλευρά, η αύξηση στο πλάτος της επιφάνειας στεγανοποίησης θα αυξήσει την απαιτούμενη δύναμη στεγανοποίησης, επομένως είναι επίσης σημαντικό να επιλέξετε το πλάτος της επιφάνειας στεγανοποίησης εύλογα.
(3) Διαστάσεις στεγανοποιητικού δακτυλίου
Οι σφαιρικές βαλβίδες εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιούν γενικά στεγανοποιητικούς δακτυλίους PCTFE και ο γραμμικός συντελεστής διαστολής του PCTFE σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι πολύ υψηλότερος από αυτόν των μετάλλων. Επομένως, σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι δακτύλιοι στεγανοποίησης PCTFE θα συρρικνωθούν σε μέγεθος, με αποτέλεσμα τη μείωση της ειδικής πίεσης στεγανοποίησης με τη σφαίρα και δημιουργείται μια διαδρομή διαρροής μεταξύ αυτής και της έδρας της βαλβίδας. Επομένως, το μέγεθος του δακτυλίου στεγανοποίησης PCTFE είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τη στεγανοποίηση της σφαιρικής βαλβίδας εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας. Ο αντίκτυπος της συρρίκνωσης διαστάσεων σε χαμηλή θερμοκρασία θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό και η διαδικασία συναρμολόγησης σε ψυχρή κατάσταση θα πρέπει να υιοθετείται στη διαδικασία.
5 Συμπέρασμα
Λόγω της εκτεταμένης εσωτερικής διαρροής σφαιρικών βαλβίδων εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας σε υπάρχοντες σταθμούς λήψης LNG, με βάση τις αρχές σχεδιασμού των κρυογονικών βαλβίδων και τη βασική θεωρία της στεγανοποίησης βαλβίδων, την ποιότητα του ζεύγους στεγανοποίησης, την ειδική πίεση της σφράγισης, οι φυσικές ιδιότητες του ρευστού και η δομή και το μέγεθος του ζεύγους στεγανοποίησης επηρεάζουν τη στεγανοποίηση της σφαιρικής βαλβίδας εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας. αναλύονται στοιχεία. Υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τη σφράγιση των σφαιρικών βαλβίδων εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας, όπως η ακαμψία της σφαίρας και εάν το κέντρο της μπάλας είναι ομόκεντρο με την επιφάνεια στεγανοποίησης της έδρας της βαλβίδας κατά τη συναρμολόγηση. Η ειδική πίεση στεγανοποίησης και η δομή και το μέγεθος του ζεύγους στεγανοποίησης είναι σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη στεγανοποίηση της κρυογονικής σφαιρικής βαλβίδας, οι οποίοι πρέπει να ληφθούν πλήρως υπόψη στο σχεδιασμό.