Uvod u tlačne brtvene ventile
Tlačni brtveni ventili
Konstrukcija tlačne brtve usvojena je za ventile za rad pod visokim tlakom, obično većim od 170 bara. Jedinstvena značajka poklopca tlačne brtve je ta da se brtve spojeva kućišta i poklopca poboljšavaju kako se unutarnji tlak u ventilu povećava, u usporedbi s drugim konstrukcijama gdje povećanje unutarnjeg tlaka ima tendenciju stvaranja curenja u spoju tijela i poklopca.
Dizajn tlačne brtve
- A/B – Poklopac motora sklonost pomicanju gore ili dolje s promjenom tlaka
- C – Tlak u sustavu
- D – Sile brtvljenja uslijed pritiska
Što je veći unutarnji tlak, veća je sila brtvljenja. Jednostavna demontaža je omogućena ispuštanjem sklopa poklopca motora u šupljinu tijela i izbacivanjem četverosegmentnih potisnih prstenova pomoću klina.
Oslanjajući se na prilično jednostavne principe dizajna, tlačni brtveni ventili dokazali su svoju sposobnost rukovanja sve zahtjevnijim aplikacijama za izolaciju pare od fosilnih goriva i kombiniranog ciklusa, budući da dizajneri nastavljaju gurati omotnice tlaka/temperature kotla, HRSG-a i sustava cjevovoda. Ventili s brtvljenjem pod tlakom obično su dostupni u rasponu veličina od 2 inča do 24 inča i ASME B16.34 klasa tlaka od #600 do #2500, iako neki proizvođači mogu zadovoljiti potrebu za većim promjerima i višim ocjenama za posebne primjene.
Ventili s tlačnom brtvom dostupni su u mnogim kvalitetama materijala kao što su A105 kovani i Gr.WCB lijevani, legure F22 kovani i Gr.WC9 lijevani; F11 kovani i Gr.WC6 lijevani, austenitni nehrđajući F316 kovani i Gr.CF8M lijevani; za više od 500°C, F316H kovani i odgovarajući austenitni lijevani stupnjevi.
Koncept dizajna tlačne brtve može se pratiti do sredine 1900-ih, kada su, suočeni sa sve većim pritiscima i temperaturama (prvenstveno u energetskim aplikacijama), proizvođači ventila počeli dizajnirati alternative tradicionalnom pristupu poklopca s vijcima za brtvljenje spoja kućište/poklopac . Uz pružanje veće razine integriteta graničnog brtvljenja pod pritiskom, mnogi dizajni ventila s brtvljenjem pod tlakom težili su znatno manje od svojih parnjaka ventila s poklopcem s vijcima.
Poklopci s vijcima u odnosu na tlačne brtve
Kako bismo bolje razumjeli koncept dizajna tlačne brtve, usporedimo brtveni mehanizam između tijela i poklopca motora između poklopaca pričvršćenih vijcima i tlačnih brtvi.Slika 1prikazuje tipični ventil s poklopcem s vijcima. Prirubnica tijela i prirubnica poklopca spojene su vijcima i maticama, s brtvom odgovarajućeg dizajna/materijala umetnutom između strana prirubnice kako bi se olakšalo brtvljenje. Svornjaci/matice/vijci su zategnuti na propisane momente prema obrascu koji je definirao proizvođač kako bi se utjecalo na optimalno brtvljenje. Međutim, kako se tlak u sustavu povećava, povećava se i mogućnost curenja kroz spoj karoserije/poklopca.
Sada pogledajmo spoj tlačne brtve koji je detaljno opisan uSlika 2Obratite pozornost na razlike u odgovarajućim konfiguracijama zgloba karoserije/poklopca motora. Većina konstrukcija tlačne brtve uključuje "svornjake poklopca" za povlačenje poklopca prema gore i brtvljenje uz brtvu tlačne brtve. Ovo pak stvara brtvljenje između brtve i unutarnjeg promjera (ID) tijela ventila.
Segmentirani potisni prsten održava opterećenje. Ljepota dizajna tlačne brtve je u tome što kako tlak u sustavu raste, raste i opterećenje na poklopcu motora i, sukladno tome, brtvi tlačne brtve. Stoga, u ventilima s brtvljenjem pod tlakom, kako se tlak u sustavu povećava, potencijal za curenje kroz spoj tijela/poklopca se smanjuje.
Ovaj pristup dizajnu ima jasne prednosti u odnosu na ventile s poklopcem s vijcima u glavnoj pari, napojnoj vodi, premosnici turbina i drugim sustavima elektrana koji zahtijevaju ventile koji mogu podnijeti izazove svojstvene primjenama visokog tlaka i temperature.
Ali tijekom godina, kako su se radni tlakovi/temperature povećavali, i s pojavom vršnih postrojenja, taj isti prolazni tlak u sustavu koji je pomogao u brtvljenju također je narušio integritet spoja tlačne brtve.
Brtve pod pritiskom
Jedna od primarnih komponenti uključenih u brtvljenje tlačne brtve ventila je sama brtva. Rane brtve za brtvljenje pod pritiskom bile su proizvedene od željeza ili mekog čelika. Ove su brtve naknadno posrebrene kako bi se iskoristila sposobnost mekšeg materijala za oplatu da osigura čvršće brtvljenje. Zbog pritiska primijenjenog tijekom hidrotestiranja ventila, uzeto je "namještanje" (ili deformacija profila brtve) između poklopca motora i brtve. Zbog inherentne elastičnosti prihvatnog vijka poklopca motora i spoja tlačne brtve, postojala je mogućnost da se poklopac motora pomakne i slomi taj "komplet" kada je podvrgnut povećanju/smanjenju tlaka u sustavu, s rezultatom curenja spoja kućište/poklopac motora.
Ovaj bi se problem mogao učinkovito negirati upotrebom prakse "vrućeg zatezanja" vijaka poklopca motora nakon izjednačavanja tlaka i temperature u sustavu, ali to je zahtijevalo osoblje za održavanje vlasnika/korisnika nakon pokretanja postrojenja. Ako se ova praksa nije pridržavala, postojala je mogućnost curenja kroz spoj kućišta/poklopca, što bi moglo oštetiti brtvu tlačne brtve, poklopac motora i/ili ID tijela ventila, kao i stvaranje problema sa spojem i neučinkovitosti koje curenje pare moglo utjecati na rad postrojenja. Kao rezultat toga, dizajneri Valvea poduzeli su nekoliko koraka kako bi riješili ovaj problem.
Slika 2 prikazuje kombinaciju podiznih vijaka haube pod radnim opterećenjem (čime se održava konstantno opterećenje brtve, čime se smanjuje mogućnost curenja) i zamjena posrebrene brtvene brtve od željeza/mekog čelika onom izrađenom od matrice formirani grafit. Dizajn brtve prikazan na slici 3 može se ugraditi u ventile s brtvom pod tlakom koji su prethodno isporučeni s brtvom tradicionalnog tipa. Pojava grafitnih brtvi dodatno je učvrstila pouzdanost i izvedbu tlačnog brtvenog ventila u većini primjena, pa čak i za dnevne start/stop radne cikluse.
Iako mnogi proizvođači još uvijek preporučuju "vruće zatezanje", mogućnost curenja ako se to ne učini uvelike je smanjena. Dosjedne površine u ventilima s brtvljenjem pod tlakom, kao iu mnogim ventilima elektrana, izložene su, usporedno govoreći, vrlo velikim opterećenjima dosjeda. Cjelovitost sjedala održava se kao funkcija uskih tolerancija strojne obrade na sastavnim dijelovima, sredstava za pružanje potrebnog zakretnog momenta za otvaranje/zatvaranje kao funkcije zupčanika ili pokretanja, i odabira/primjene odgovarajućih materijala za površine za sjedenje.
Kobalt, nikal i legure za tvrdo navarivanje na bazi željeza koriste se za optimalnu otpornost na trošenje klina/diska i dosjednih površina prstena sjedišta. Najčešće korišteni su CoCr-A (npr. Stellite) materijali. Ovi se materijali primjenjuju različitim postupcima, uključujući zaštićeni metalni luk, plinski metalni luk, plinski volframov luk i plazma (preneseni) luk. Mnogi kuglasti ventili s brtvljenjem pod pritiskom dizajnirani su s integriranim tvrdo navarenim sjedištima, dok zasuni i nepovratni ventili obično imaju tvrdo navarene prstenove sjedišta koji su zavareni u tijelo ventila.
Terminologija ventila
Ako ste se dugo bavili ventilima, vjerojatno ste primijetili da proizvođači ventila nisu pretjerano kreativni s izrazima i jezikom koji se koristi u poslu. Uzmimo za primjer "ventile s poklopcem s vijcima". Tijelo je pričvršćeno za poklopac motora kako bi se održao integritet sustava. Za "tlačne brtvene ventile", tlak sustava pomaže mehanizmu za brtvljenje. Za "zaustavne/povratne ventile", kada je stablo ventila u zatvorenom položaju, protok se mehanički zaustavlja, ali kada je u otvorenom položaju, disk može slobodno djelovati kako bi provjerio preokret protoka. Isti princip vrijedi i za drugu terminologiju koja se koristi za projektiranje, kao i za vrste ventila i njihove sastavne dijelove.
Vrijeme objave: 11. svibnja 2020