Введение в герметичные клапаны
Клапаны уплотнения давления
Конструкция герметичного уплотнения применяется для клапанов, работающих под высоким давлением, обычно превышающим 170 бар. Уникальной особенностью крышки с герметичным уплотнением является то, что уплотнение соединений корпуса и крышки улучшается по мере увеличения внутреннего давления в клапане по сравнению с другими конструкциями, где увеличение внутреннего давления имеет тенденцию создавать утечки в соединении корпуса и крышки.
Конструкция герметичного уплотнения
- A/B – тенденция крышки перемещаться вверх или вниз при изменении давления.
- C – Давление в системе
- D – Уплотняющие силы, обусловленные давлением
Чем выше внутреннее давление, тем больше сила уплотнения. Легкий демонтаж возможен путем опускания узла крышки в полость корпуса и выталкивания четырехсегментных упорных колец с помощью нажимного штифта.
Опираясь на довольно простые принципы проектирования, клапаны с герметичным уплотнением доказали свою способность справляться со все более сложными задачами изоляции ископаемого топлива и пара в комбинированном цикле, поскольку проектировщики продолжают расширять диапазоны давления/температуры котлов, котлов-утилизаторов и трубопроводов. Клапаны с герметичным уплотнением обычно доступны в размерах от 2 до 24 дюймов и с классами давления ASME B16.34 от #600 до #2500, хотя некоторые производители могут удовлетворить потребность в больших диаметрах и более высоких номинальных значениях для специальных применений.
Клапаны с герметичным уплотнением доступны из различных материалов, таких как кованый A105 и литой Gr.WCB, кованый сплав F22 и литой Gr.WC9; Кованые F11 и литые Gr.WC6, кованые аустенитные нержавеющие F316 и литые Gr.CF8M; для температур свыше 500°C, кованые F316H и подходящие аустенитные литые марки.
Концепция конструкции герметичного уплотнения восходит к середине 1900-х годов, когда, столкнувшись с постоянно растущими давлениями и температурами (в первую очередь в энергетических приложениях), производители клапанов начали разрабатывать альтернативы традиционному подходу с крышкой на болтах для герметизации соединения корпуса и крышки. . Помимо обеспечения более высокого уровня целостности герметизации границ давления, многие конструкции клапанов с герметичным уплотнением весят значительно меньше, чем их аналоги с крышкой с крышкой на болтах.
Крышки с болтовым креплением и герметичные уплотнения
Чтобы лучше понять концепцию конструкции герметичного уплотнения, давайте сравним механизм уплотнения корпуса к крышке между крышками, прикрепленными болтами, и герметичными уплотнениями.Рис. 1изображен типичный клапан с крышкой на болтах. Фланец корпуса и фланец крышки соединяются шпильками и гайками, а между поверхностями фланца вставлена прокладка подходящей конструкции/материала для облегчения герметизации. Шпильки/гайки/болты затягиваются с предписанными моментами по схеме, определенной производителем, для достижения оптимального уплотнения. Однако по мере увеличения давления в системе вероятность утечки через соединение корпуса и крышки также увеличивается.
Теперь давайте посмотрим на герметичное соединение, подробно описанное вРис. 2Обратите внимание на различия в соответствующих конфигурациях соединений корпуса и крышки. Большинство конструкций герметичного уплотнения включают в себя «натяжные болты крышки», которые позволяют поднимать крышку и прижимать ее к прокладке герметичного уплотнения. Это, в свою очередь, создает уплотнение между прокладкой и внутренним диаметром (ВД) корпуса клапана.
Сегментированное упорное кольцо удерживает нагрузку. Прелесть конструкции герметичного уплотнения заключается в том, что по мере повышения давления в системе увеличивается и нагрузка на крышку и, соответственно, на прокладку герметичного уплотнения. Таким образом, в клапанах с герметичным уплотнением по мере увеличения давления в системе вероятность утечки через соединение корпус/крышка уменьшается.
Этот подход к проектированию имеет явные преимущества перед клапанами с крышкой с болтовым соединением в главных парах, питательной воде, байпасных системах турбин и других системах электростанций, требующих клапанов, которые могут справиться с проблемами, присущими приложениям с высоким давлением и температурой.
Но с годами, когда рабочее давление/температура увеличились, а также с появлением пиковых установок, то самое переходное давление в системе, которое способствовало герметизации, также нанесло ущерб целостности соединений герметичных уплотнений.
Прокладки уплотнения под давлением
Одним из основных компонентов, участвующих в герметизации герметичного клапана, является сама прокладка. Ранние прокладки герметичного уплотнения изготавливались из железа или мягкой стали. Эти прокладки впоследствии были посеребрены, чтобы использовать способность более мягкого материала покрытия обеспечивать более плотное уплотнение. Из-за давления, приложенного во время гидроиспытаний клапана, произошла «посадка» (или деформация профиля прокладки) между крышкой и прокладкой. Из-за свойственного натяжному болту крышки и эластичности соединения герметичного уплотнения крышка могла сдвинуться и сломать эту «установку» при повышении/понижении давления в системе, что привело бы к утечке в соединении корпуса/крышки.
Эту проблему можно было бы эффективно устранить, используя практику «горячей затяжки» натяжных болтов крышки после выравнивания давления и температуры в системе, но это требовало от обслуживающего персонала владельца/пользователя делать это после запуска установки. Если бы эта практика не соблюдалась, существовала вероятность утечки через соединение корпуса/крышки, которая могла бы повредить прокладку герметичного уплотнения, крышку и/или внутренний диаметр корпуса клапана, а также создать проблемы с компаундированием и неэффективность, которые Утечка пара может повлиять на работу установки. В результате дизайнеры Valve предприняли несколько шагов для решения этой проблемы.
На рис. 2 показано сочетание натяжных болтов крышки, находящихся под динамической нагрузкой (таким образом поддерживая постоянную нагрузку на прокладку и сводя к минимуму возможность утечки) и замену прокладки герметичного уплотнения из железа/мягкой стали с посеребренным покрытием на прокладку, изготовленную из штампованного материала. образовался графит. Конструкция прокладки, показанная на рисунке 3, может быть установлена в клапанах с герметичным уплотнением, которые ранее поставлялись с прокладкой традиционного типа. Появление графитовых прокладок еще больше укрепило надежность и производительность клапана с герметичным уплотнением в большинстве случаев применения и даже для ежедневных рабочих циклов пуска/останова.
Хотя многие производители по-прежнему рекомендуют «горячую затяжку», вероятность утечки, если этого не сделать, значительно снижается. Посадочные поверхности клапанов с герметичным уплотнением, как и во многих клапанах электростанций, подвергаются, сравнительно говоря, очень высоким посадочным нагрузкам. Целостность седла поддерживается за счет жестких допусков на обработку компонентов, средств обеспечения необходимого крутящего момента для открытия/закрытия в зависимости от шестерни или срабатывания, а также выбора/применения подходящих материалов для посадочных поверхностей.
Для обеспечения оптимальной износостойкости посадочных поверхностей клина/диска и седла используются наплавочные сплавы на основе кобальта, никеля и железа. Чаще всего используются материалы CoCr-A (например, стеллит). Эти материалы наносятся с помощью различных процессов, включая защитную металлическую дугу, газовую металлическую дугу, газовую вольфрамовую дугу и плазменную (переносную) дугу. Многие проходные клапаны с герметичным уплотнением имеют встроенные седла с твердым покрытием, тогда как задвижки и обратные клапаны обычно имеют седла с твердым покрытием, которые приварены к корпусу клапана.
Терминология по арматуре
Если вы какое-то время имели дело с клапанами, вы, вероятно, заметили, что производители клапанов не слишком изобретательны в терминах и жаргоне, используемых в бизнесе. Возьмем, к примеру, «клапаны с крышкой на болтах». Корпус прикреплен болтами к капоту для обеспечения целостности системы. Для «клапанов с герметичным уплотнением» давление в системе способствует механизму уплотнения. Для «запорных/обратных клапанов», когда шток клапана находится в закрытом положении, поток останавливается механически, но в открытом положении диск может свободно действовать, предотвращая изменение направления потока. Тот же принцип применим и к другой терминологии, используемой при проектировании, а также к типам клапанов и их составным частям.
Время публикации: 11 мая 2020 г.