Особенности криогенного шарового клапана из кованой стали и выбор конструкции

Криогенный шаровой клапан из кованой стали подходит для системы управления оборудованием для хранения и транспортировки криогенных жидкостей. Он имеет характеристики гибкого переключателя и надежного уплотнения. Его также можно использовать для систем управления другими низкотемпературными и криогенными средами. Запорный клапан с нормальной температурой означает, что рабочая температура среды составляет от -40 до +500 градусов, а материал корпуса клапана также различен. Низкотемпературный запорный клапан в основном относится к запорному клапану в системе низкотемпературной жидкой среды с температурой среды -196~-150 градусов.

Криогенные шаровые клапаны из кованой стали, особенно клапаны для сверхнизких температур, имеют чрезвычайно низкие рабочие температуры. При проектировании клапанов такого типа, помимо соблюдения общих принципов проектирования клапанов, имеются и некоторые особые нововведения.

1. Конструкция криогенного клапана

По условиям применения к конструкции криогенных клапанов предъявляются следующие требования::

1) Клапан должен иметь возможность длительной работы в низкотемпературной среде и температуре окружающей среды.

2) Клапан не должен стать значительным источником тепла для криогенной системы. Это связано с тем, что приток тепла не только снижает тепловой КПД. Если приток слишком велик, внутренняя жидкость быстро испаряется, вызывая аномальное повышение давления и создавая опасность.

3) Низкотемпературная среда не должна оказывать вредного воздействия на работу маховика и герметичность набивки.

4) Клапанный узел, непосредственно контактирующий с криогенной средой, должен иметь взрыво- и пожаробезопасную конструкцию.

5) Клапанные узлы, работающие при низких температурах, не подлежат смазке, поэтому необходимо принять конструктивные меры, предотвращающие царапание трущихся деталей.

2. Выбор материала конструкции криогенного клапана

1. Основной материал криогенного клапана

(1) Факторы, которые следует учитывать при выборе основного материала. Из соображений металлографии, помимо аустенитной стали, меди, алюминия и т. д. с гранецентрированной кубической решеткой обычная сталь будет иметь низкую температуру при низкой температуре. Хрупкость, вследствие чего снижается прочность и срок службы клапана.

Выбирая основной материал, сначала выберите материал, подходящий для работы при низкой температуре. Алюминий не проявляет низкотемпературной хрупкости при низких температурах, но поскольку твердость алюминия и алюминиевых сплавов невысока, алюминиевая уплотнительная поверхность имеет плохую износостойкость и стойкость к царапинам, поэтому существуют определенные ограничения на ее использование в низкотемпературных клапанах. . Опционально для клапанов малого диаметра.

Материалы, работающие при низких температурах, должны обеспечивать свои низкотемпературные характеристики, главным образом, для обеспечения ударной вязкости при низких температурах. Внутренние части клапана должны быть выбраны правильно, чтобы он имел достаточную устойчивость к холодному удару и предотвращал разрушение. Сталь из сплавов C и Cr быстро теряет ударную вязкость при температуре ниже -20 ℃, поэтому рабочая температура ограничивается до -30 ℃ и -50 ℃ соответственно. Никелевая сталь с 3,5% Ni может использоваться при температуре -100°C, а никелевая сталь с 9% Ni - при температуре -192°C. Аустенитная нержавеющая сталь, никель, монель, хастеллой, титан, алюминиевые сплавы и бронза могут использоваться для более низких температур (-273°C).

1) Минимальная рабочая температура клапана;

2) Механические свойства, необходимые металлическим материалам для поддержания условий работы при низких температурах, особенно ударная вязкость, относительное удлинение и структурная стабильность;

3) При низкой температуре и отсутствии масляной смазки он имеет хорошее сопротивление трению;

4) Имеет хорошую коррозионную стойкость;

5) При использовании сварочного соединения также следует учитывать сварочные характеристики материала.

(2) Выбор материалов корпуса клапана, крышки клапана, седла клапана и диска клапана (шибера)

Принцип выбора материалов этих основных деталей примерно таков: ферритную сталь следует использовать при температуре выше -100 ℃; аустенитную сталь следует использовать при температуре ниже -100 ℃; медь и алюминий можно использовать для клапанов низкого давления и малого диаметра. И другие материалы.

При проектировании выбирайте подходящие материалы в соответствии с самой низкой рабочей температурой.

(3) Материал стержня клапана и крепежных деталей.

1. Когда температура превышает -100 ℃, материал стержня клапана и болта должен быть изготовлен из никелевых, хромомолибденовых и других легированных сталей после соответствующей термообработки, чтобы улучшить прочность на разрыв и предотвратить закусывание резьбы. При температуре ниже -100℃ он изготавливается из аустенитной нержавеющей кислотостойкой стали. Однако кислотостойкая сталь 18-8 имеет низкую твердость, из-за чего шток клапана и набивка будут царапать друг друга, что приведет к утечке через набивку. Поэтому поверхность стержня клапана должна быть покрыта твердым хромом (толщина покрытия 0,04-0,06мм) или подвергнута азотированию и никель-фосфорному покрытию для повышения твердости поверхности. Чтобы предотвратить заклинивание гайки и болта, гайку обычно изготавливают из молибденовой или никелевой стали, а поверхность резьбы покрывают дисульфидом молибдена.

2. Выбор прокладок и упаковочных материалов для криогенных клапанов: при понижении температуры фторопласт сильно сжимается, что снижает эффективность уплотнения и легко вызывает утечку. Асбестовый наполнитель не может избежать утечки проницаемости. Резина обладает свойствами набухания сжиженного природного газа и не может использоваться при низких температурах. В конструкции криогенных клапанов, с одной стороны, конструктивное решение обеспечивает температуру насадки, близкую к температуре окружающей среды. Например, для отделения сальниковой коробки используется конструкция крышки клапана с длинной горловиной.