Знайомство з клапанами з ущільненням тиску
Ущільнювальні клапани тиску
Конструкція ущільнення під тиском використовується для клапанів, що працюють під високим тиском, який зазвичай перевищує 170 бар. Унікальна особливість кришки з ущільненням під тиском полягає в тому, що герметичність з’єднань корпус-кришка покращується зі збільшенням внутрішнього тиску в клапані порівняно з іншими конструкціями, де підвищення внутрішнього тиску призводить до витоків у з’єднанні корпус-кришка.
Конструкція ущільнення під тиском
- A/B – тенденція капота рухатися вгору або вниз у міру зміни тиску
- C – Тиск в системі
- D – Сила ущільнення внаслідок тиску
Чим вище внутрішній тиск, тим більше сила ущільнення. Легкий демонтаж стає можливим, якщо опустити блок кришки в порожнину кузова та витягнути чотирисегментні упорні кільця за допомогою штифта.
Покладаючись на досить прості принципи конструкції, клапани з ущільненням під тиском довели свою здатність справлятися зі все більш вимогливими додатками пароізоляції викопних палив і комбінованого циклу, оскільки розробники продовжують наполягати на тиску/температурі в котлі, котлах-утилизаторах і трубопроводах. Клапани з ущільненням під тиском зазвичай доступні в діапазоні розмірів від 2 дюймів до 24 дюймів і з класами тиску ASME B16.34 від #600 до #2500, хоча деякі виробники можуть задовольнити потребу в більших діаметрах і вищих номінальних показниках для спеціальних застосувань.
Клапани з ущільненням під тиском доступні з багатьох матеріалів, таких як ковані A105 і литі Gr.WCB, ковані сплави F22 і литі Gr.WC9; F11 кований і Gr.WC6 литий, аустенітна нержавіюча F316 кований і Gr.CF8M литий; для понад 500°C, F316H ковані та відповідні аустенітні литі марки.
Концепцію конструкції ущільнювача тиску можна простежити до середини 1900-х років, коли, зіткнувшись із постійно зростаючим тиском і температурами (головним чином в енергетичних системах), виробники клапанів почали розробляти альтернативи традиційному підходу болтової кришки для ущільнення з’єднання корпус/кришка. . Разом із забезпеченням вищого рівня цілісності герметизації на межі тиску, багато конструкцій клапанів із ущільнювачем під тиском важили значно менше, ніж їхні аналоги з болтовими клапанами.
Кришки на болтах проти ущільнень під тиском
Щоб краще зрозуміти концепцію конструкції ущільнення під тиском, давайте порівняємо механізм ущільнення корпусу до кришки між болтовими кришками та ущільненнями під тиском.Рис. 1зображено типовий клапан з болтовою кришкою. Фланець корпусу та фланець кришки з’єднані шпильками та гайками з прокладкою відповідного дизайну/матеріалу, вставленою між поверхнями фланців для полегшення ущільнення. Шпильки/гайки/болти затягуються з установленим крутним моментом у шаблоні, визначеному виробником, щоб забезпечити оптимальне ущільнення. Однак із збільшенням тиску в системі збільшується ймовірність витоку через з’єднання корпус/капот.
Тепер давайте розглянемо з’єднання ущільнення під тиском, описане вРис. 2Зверніть увагу на відмінності у відповідних конфігураціях з’єднання кузова/капоту. Більшість конструкцій ущільнень під тиском включають «натяжні болти кришки», щоб підтягнути кришку вгору та ущільнити прокладку ущільнення під тиском. Це, у свою чергу, створює ущільнення між прокладкою та внутрішнім діаметром (ID) корпусу клапана.
Сегментоване упорне кільце утримує навантаження. Принадність конструкції ущільнення тиску полягає в тому, що зі збільшенням тиску в системі зростає навантаження на кришку і, відповідно, прокладку ущільнення тиску. Таким чином, у клапанах з ущільненням під тиском, коли тиск у системі зростає, потенціал витоку через з’єднання корпусу/кришки зменшується.
Такий підхід до конструкції має явні переваги перед клапанами з кришкою, що кріпляться болтами, у системі основної пари, живильної води, байпасу турбіни та інших системах електростанцій, які вимагають клапанів, здатних справлятися з проблемами, властивими застосуванням високого тиску та температури.
Але з роками, коли робочий тиск/температура зростала, а також з появою пікових установок, той самий перехідний тиск у системі, який сприяв герметизації, також завдав шкоди цілісності з’єднань ущільнювачів.
Прокладки ущільнення під тиском
Одним із основних компонентів, задіяних у герметизації ущільнювального клапана, є сама прокладка. Ранні ущільнювальні прокладки під тиском виготовлялися із заліза або м’якої сталі. Згодом ці прокладки були посріблені, щоб скористатися перевагами м’якшого матеріалу покриття, що забезпечує щільніше ущільнення. Через тиск, який застосовувався під час гідровипробування клапана, було взято «набір» (або деформацію профілю прокладки) між капотом і прокладкою. Завдяки властивому капоту натяжному болту та еластичності з’єднання ущільнення під тиском існувала можливість для капота зрушити та порушити цей «комплект» під впливом підвищення/зниження тиску в системі, що призвело до витоку з’єднання корпусу та кришки.
Цю проблему можна було б ефективно усунути, використовуючи практику «гарячого затягування» натяжних болтів кришки після вирівнювання тиску й температури в системі, але це вимагало від обслуговуючого персоналу власника/користувача, щоб зробити це після запуску установки. Якщо ця практика не дотримувалася, існувала можливість витоку через з’єднання корпус/кришка, що могло б пошкодити прокладку ущільнення під тиском, кришку та/або ідентифікатор корпусу клапана, а також створити проблеми з сумішшю та неефективність, що витік пари може вплинути на роботу заводу. У результаті дизайнери Valve зробили кілька кроків для вирішення цієї проблеми.
На малюнку 2 показано поєднання знімних болтів капота під навантаженням (таким чином зберігаючи постійне навантаження на прокладку, зводячи до мінімуму можливість витоку) і заміну посрібленої ущільнювальної прокладки із заліза/м’якої сталі на прокладку, виготовлену з матриці. утворений графіт. Конструкцію прокладки, показану на малюнку 3, можна встановлювати в клапани з ущільненням під тиском, які раніше постачалися з прокладкою традиційного типу. Поява графітових прокладок ще більше зміцнила надійність і продуктивність клапана з ущільненням під тиском у більшості застосувань і навіть для щоденних робочих циклів запуску/зупинки.
Хоча багато виробників все ще рекомендують «гаряче затягування», потенціал витоку, якщо цього не зробити, значно зменшується. Посадочні поверхні клапанів з ущільнювачем під тиском, як і в багатьох клапанах електростанцій, зазнають, порівняно, дуже високих посадкових навантажень. Цілісність сидіння підтримується як функція вузьких допусків на механічну обробку компонентів, засобів забезпечення необхідного крутного моменту для відкриття/закриття як функції передач або приводу, а також вибору/застосування відповідних матеріалів для посадочних поверхонь.
Сплави на основі кобальту, нікелю та заліза використовуються для оптимальної зносостійкості опорних поверхонь клина/диска та посадочних кілець. Найчастіше використовуються матеріали CoCr-A (наприклад, Stellite). Ці матеріали застосовуються за допомогою різних процесів, включаючи дугу з екранованим металом, газову металеву дугу, газову вольфрамову дугу та плазмову (перенесену) дугу. Багато прохідних клапанів із ущільненням під тиском сконструйовано з вбудованими сідлами з твердим наплавленням, тоді як шиберні та зворотні клапани зазвичай мають сідла з наплавленим наплавленням, які приварені до корпусу клапана.
Клапанна термінологія
Якщо ви тривалий час мали справу з арматурою, ви, мабуть, помітили, що виробники арматури не надто креативно підходять до термінів і мови, які використовуються в бізнесі. Візьмемо, наприклад, «клапани кришки з болтами». Корпус прикріплений до капота, щоб зберегти цілісність системи. Для «клапанів з ущільненням під тиском» тиск у системі сприяє механізму ущільнення. Для «запірних/зворотних клапанів», коли шток клапана знаходиться в закритому положенні, потік механічно зупиняється, але коли він знаходиться у відкритому положенні, диск може вільно діяти, щоб перевірити реверс потоку. Цей самий принцип застосовується до іншої термінології, яка використовується для проектування, а також до типів клапанів та їх складових частин.
Час публікації: 11 травня 2020 р