上海申弘閥門有限公司
聯(lián)系人:申弘閥門
手機(jī):15901754341
傳真:86-021-31662735
郵箱:494522509@qq.com
地址:上海市青浦區(qū)金澤工業(yè)園區(qū)
超低溫深冷焊接式截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化 |
||||||||||||||||
|
||||||||||||||||
詳細(xì)介紹 | ||||||||||||||||
超低溫深冷焊接式截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化引言 超低溫截止閥是應(yīng)用于低溫工況下的截止設(shè)備,一般工況溫度在-100℃以下.低溫工業(yè)在工業(yè)領(lǐng)域中占有重要的地位,以天然氣為例,為了使天然氣更加方便運輸,工業(yè)上一般用降溫和壓縮的方法將氣化天然氣轉(zhuǎn)化為液化天然氣(LNG),在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點是-162℃,氣化后體積為液態(tài)時的600倍。超低溫截止閥作為低溫工業(yè)用的一種主要閥門與重要截止設(shè)備,對其密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究具有重大的意義.704研究所通過大量的研究試驗,針對-196℃超低溫工況,研制出了可在此溫度環(huán)境中工作的超低溫閥門樣機(jī)。
1 超低溫深冷焊接式截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對材料的要求 在常溫工況下應(yīng)用的閥門,材料選擇的范圍比較廣泛。超低溫截止閥的使用工況在-100℃以下,對材料的要求較為嚴(yán)格。在工作溫度下,材料不應(yīng)產(chǎn)生低溫脆性破壞,材料的組織結(jié)構(gòu)應(yīng)穩(wěn)定,以防止材料相變而引起體積變化;采用焊接結(jié)構(gòu)時,材料的焊接性能要好,在低溫下焊縫具有較高的可靠性;閥門在低溫工況下頻繁啟閉,其閥瓣、閥桿、閥座等零部件應(yīng)避免卡阻、咬合與擦傷等現(xiàn)象。基于上述要求,低溫截止閥主要零件推薦選用的材料。 低溫截止閥采用法蘭和焊接式連接,低溫截止閥短軸-40℃和-196℃長軸結(jié)構(gòu),主要用于介質(zhì)截止和調(diào)節(jié),低溫截止閥全不銹鋼304材質(zhì),有中高壓結(jié)構(gòu)設(shè)計,經(jīng)低溫工藝處理,主要用于深冷介質(zhì)管路,適用于-196℃的液氧、液氮、液氬、液化天然氣、液態(tài)二氧化碳、液態(tài)丙烷等介質(zhì)。 用于截斷或接通管路中的介質(zhì)。通過選擇碳鋼、不銹鋼、合金鋼等閥門材質(zhì),低溫截止閥系列有美標(biāo),國標(biāo),體蓋內(nèi)件材料做低溫沖擊試驗,超低溫截止閥深冷處理,可分別適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介質(zhì)、尿素等多種介質(zhì)。低溫截止閥的驅(qū)動裝置可選用手動、齒輪傳動、氣動或電動。低溫截止閥一般采用法蘭連接,也可采用對焊連接。 超低溫深冷焊接式截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的設(shè)計要求 根據(jù)使用條件,低溫截止閥的設(shè)計有下列要求: 1、低溫截止閥在低溫介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度下應(yīng)具有長時間工作的能力。 2、低溫截止閥不應(yīng)成為低溫系統(tǒng)的一個顯著熱源。這是因為熱量的流入除降低熱效率外,如流入過多,還會使內(nèi)部流體急速蒸發(fā),產(chǎn)生異常升壓,造成危險。 3、低溫介質(zhì)不應(yīng)對手輪操作及填料密封性能產(chǎn)生有害的影響。 4、直接與低溫介質(zhì)接觸的國標(biāo)低溫鑄鋼截止閥組合件應(yīng)具有防爆和防火結(jié)構(gòu)。 5、在低溫下工作的閥門組合件無法潤滑,所以需要采取結(jié)構(gòu)措施,以防止摩擦件擦傷。 超低溫深冷焊接式截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要技術(shù)參數(shù):
DJ61F-40P長軸低溫截止閥--產(chǎn)品規(guī)范:
低溫長軸截止閥原理: 低溫長軸截止閥DJ61F應(yīng)用于氣體液化設(shè)備、空分設(shè)備;天然氣液化、儲運設(shè)備;液態(tài)氧、氮、氬、氫、二氧化碳低溫貯槽及槽車;變壓吸附制氧、氮設(shè)備。低溫長軸截止閥DJ41F-40P用于低溫儲罐的出液口和進(jìn)液口,因為低溫儲罐內(nèi)的介質(zhì)溫度極低,溫度在短時間內(nèi)容易傳到至手柄的頂端。所以接觸低溫液體面積較大的部位管路采用低溫長軸截止閥。低溫閥門廣泛應(yīng)用于能源、石化、冶金、航天、核工業(yè)等行業(yè)。 低溫長軸截止閥型號: DJ61F-16P、DJ61F-25P、DJ61F-40P、DJ61F-64P 2 超低溫深冷焊接式截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主密封結(jié)構(gòu)設(shè)計 超低溫截止閥采用閥瓣與閥座接觸的錐面密封結(jié)構(gòu),密封副設(shè)計成金屬對金屬的硬密封形式,閥座設(shè)計在閥體上,和閥體組成一體結(jié)構(gòu),如圖2所示。為保證閥門的可靠密封,在閥瓣和閥體密封面上噴焊硬質(zhì)合金。經(jīng)過低溫試驗及涂層力學(xué)性能試驗,證明噴涂后硬度增加,低溫環(huán)境耐磨性能良好,促進(jìn)閥門在低溫環(huán)境的可靠密封。經(jīng)過查閱資料和實驗應(yīng)用,我們采用等離子噴焊技術(shù)對閥體密封面噴焊StelliteNo6合金,對閥瓣密封面噴焊StelliteNo12合金,厚度≥1mm。經(jīng)過噴焊工藝處理,附著StelliteNo12合金的閥瓣密封面的硬度較附著StelliteNo6合金的閥體密封面的硬度大,有利于截止閥的密封效果。 由于超低溫截止閥的使用工況在-100℃以下,閥瓣和閥體在噴焊硬質(zhì)合金后,要進(jìn)行深冷處理.本文設(shè)計的超低溫截止閥樣機(jī)的閥體與閥瓣粗加工后,浸在-196℃的液氮中保冷2h,然后取出自然處理。另外,閥桿、長頸閥蓋、螺紋緊固件等主要部件在精加工前均進(jìn)行深冷處理。 超低溫截止閥的閥桿帶動閥瓣通過上下的直線運動實現(xiàn)閥門的啟閉。在設(shè)計閥體時增加了閥瓣的運動導(dǎo)向功能,在閥體中設(shè)計圓柱形導(dǎo)向壁,使閥瓣運動平穩(wěn),閥門啟閉可靠。同時,在閥門生產(chǎn)加工過程中,由于閥瓣密封面與閥體密封面均噴焊了Stellite合金,硬度大大提高,密封面的加工及研磨有一定的難度,而主密封面必須要精準(zhǔn)的研磨配合,才能有效密封。導(dǎo)向壁的設(shè)計使閥瓣與閥體密封面的接觸配合更加均勻,有利于實現(xiàn)截止閥的可靠密封與加工工藝。 根據(jù)超低溫截止閥主密封結(jié)構(gòu),使用ANSYS軟件對其密封性能進(jìn)行模擬。超低溫截止閥在低溫狀態(tài)下,通過有限元分析得到的密封比壓,來判斷該閥門的密封性能。 幾何建模為了使建立的模型便于有限元分析,實際模型對一些不影響結(jié)構(gòu)與性能分析的部分進(jìn)行了一定的簡化,如螺孔、螺栓、墊片等。同時為防止管路兩端的約束影響到閥體本身,將進(jìn)出口外接管路各加長了0.3m,建立的三維模型如圖3所示。 有限元建模仿真通過定義閥門的材料性能參數(shù)、邊界條件、載荷條件等內(nèi)容,進(jìn)行仿真計算,密封面比壓分布如圖4所示。 由仿真結(jié)果得到,超低溫截止閥在低溫工況下,其密封面的密封比壓介于必須比壓和許用比壓范圍之內(nèi),閥門的密封結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)有效密封。 3 超低溫深冷焊接式截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化外密封結(jié)構(gòu)設(shè)計 超低溫截止閥的外密封包括中法蘭處的密封和長頸閥蓋頂端的密封(即上密封)。外密封結(jié)構(gòu)見圖5與圖6。 超低溫截止閥中法蘭處采用不銹鋼纏繞式墊片實現(xiàn)密封。按照其密封所必須的比壓計算出施加于法蘭螺栓的力矩,通過預(yù)緊力達(dá)到可靠的密封。螺栓處加裝碟型彈簧,對預(yù)緊力和位移進(jìn)行補償。 螺紋連接的擰緊力矩計算用力矩扳手正規(guī)測定擰緊力矩時,所需力矩為: 超低溫截止閥上密封由填料單獨實現(xiàn)時,通過計算得出填料壓蓋施加于填料的預(yù)緊力,并在螺栓上加裝碟型彈簧,提供預(yù)緊力和位移的補償,克服由于高低溫變化填料產(chǎn)生的微觀脹縮及密封預(yù)緊力的改變。 填料壓蓋螺栓連接的擰緊力矩可參照公式1計算。以此處兩個M12的螺栓計算為例,得力矩T=28Nm。在裝配時,可使用力矩扳手對此處的螺栓施加28Nm的力矩。 4 超低溫深冷焊接式截止閥結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化結(jié)語 綜上所述,超低溫截止閥的密封技術(shù)在設(shè)計上是可行的,加工工藝可以實現(xiàn).目前,704研究所已研制出超低溫截止閥樣機(jī)一臺,并對樣機(jī)進(jìn)行了常溫和超低溫的試驗。在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上,繼續(xù)進(jìn)行系列化超低溫閥門的技術(shù)研究,對低溫工業(yè)及超低溫領(lǐng)域的開發(fā)與探索都具有深遠(yuǎn)的意義。 |