1. Pārskats
Lodveida vārsti tiek plaši izmantoti dažādos darba apstākļos, pateicoties to vienkāršajai struktūrai, mazajai uzstādīšanas vietai un paļaušanās uz vidēju spēku blīvēšanai, tos neietekmē ārējie virzošie spēki. Pašlaik SDG saņemšanas terminālos parasti izmanto kriogēnos lodveida vārstus, kas veido 80% no kopējā vārstu skaita šādos terminālos. Tomēr darbības laikā rodas kriogēno lodveida vārstu iekšēja noplūde. Pamatojoties uz kriogēno vārstu projektēšanas kritērijiem un vārstu blīvēšanas veiktspējas pamatteoriju, šajā rakstā ir analizēti faktori, kas ietekmē kriogēno lodveida vārstu blīvējumu.
2. Projektēšanas kritēriji
Ārkārtīgi zemā darba temperatūra rada virkni tehnisku izaicinājumu kriogēno vārstu projektēšanai un ražošanai, piemēram, materiālu izvēlei, zemas-temperatūras blīvēšanai, konstrukcijas projektēšanai, šķīduma apstrādei, dziļai dzesēšanai, siltumizolācijai, kvalitātes pārbaudei, apkopei un drošībai. Tāpēc kriogēno vārstu projektēšanai ir virkne stingru standartu. Starptautiski galvenie izmantotie standarti ir
BS6364 "Kriogēnie vārsti" un MSSSP-134 "Prasības kriogēnajiem vārstiem un tiem
Extended Body/Bonnet". Šie divi standarti vispusīgi nosaka galvenos punktus un noteikumus kriogēno vārstu projektēšanai un izgatavošanai. Standarts JB/T7749 "Tehniskās specifikācijas kriogēnajiem vārstiem" ir pārveidots no BS6364 "Kriogēnajiem vārstiem".
Kriogēno vārstu projektēšanā papildus vispārīgajiem vārstu projektēšanas principiem ir jāievēro īpašas prasības attiecībā uz kriogēno vārstu konstrukciju atbilstoši ekspluatācijas apstākļiem.
① Vārsts nedrīkst būt nozīmīgs siltuma avots zemas{0}}temperatūras sistēmā. Tas ir tāpēc, ka siltuma pieplūde ne tikai samazina termisko efektivitāti, bet arī izraisa strauju iekšējā šķidruma iztvaikošanu, ja tas ir pārmērīgs, izraisot neparastu spiediena pieaugumu un potenciālu apdraudējumu.
② Zemas{0}}temperatūras vide nedrīkst nelabvēlīgi ietekmēt rokrata darbību un blīvējuma blīvējuma darbību.
③ Vārstu komplektiem, kas ir tiešā saskarē ar zemas -temperatūras vidi, jābūt ar sprādziendrošu-un ugunsdrošu- konstrukciju.
④ Vārstu komplektus, kas darbojas zemā temperatūrā, nevar ieeļļot, tāpēc ir jāveic strukturāli pasākumi, lai novērstu berzes daļu noberšanos.
Kriogēno vārstu projektēšanas procesā papildus vispārīgu prasību, piemēram, plūsmas jaudas, apsvēršanai ir jāņem vērā arī citi rādītāji, lai labāk novērtētu kriogēno vārstu tehnisko līmeni. Parasti kriogēno vārstu tehnisko līmeni novērtē, mērot enerģijas patēriņa racionalitāti.
① Kriogēno vārstu siltumizolācijas veiktspēja.
② Kriogēno vārstu dzesēšanas veiktspēja.
③ Kriogēno vārstu atvēršanas un aizvēršanas blīvējumu darba veiktspēja.
④ Nosacījumi, lai uz kriogēno vārstu virsmas nebūtu apledojuma.
Kriogēno vārstu darba vide ievērojami atšķiras no vispārējas nozīmes{0}}vārstu darba vides. Kriogēno vārstu projektēšanas, ražošanas un pārbaudes procesā papildus vispārīgajiem vārstu projektēšanas, ražošanas un pārbaudes noteikumiem ir jāveic atbilstoši pielāgojumi atbilstoši kriogēno vārstu videi.
3. Blīvējuma elementi
Lai gan lodveida vārstu uzbūve ir vienkārša, jo tie ir vidēja spiediena pašblīvējošie{0}}vārsti un tiem ir īpaša lodveida konstrukcija, lodveida vārstu galīgo blīvēšanas veiktspēju ietekmē daudzi faktori.
3.1. Blīvējuma pāra kvalitāte
Lodveida vārsta blīvējuma pāra kvalitāti galvenokārt atspoguļo lodītes apaļums un lodītes un vārsta blīvējuma virsmu virsmas raupjums
sēdeklis. Bumbas apaļums
ietekmē piemērotības pakāpi starp lodi un vārsta ligzdu. Augstāka piemērotības pakāpe palielina pretestību šķidruma kustībai gar blīvējuma virsmu, tādējādi uzlabojot blīvējuma veiktspēju. Parasti bumbiņas apaļumam ir jābūt 9. pakāpei.
Blīvējuma virsmas apdarei ir būtiska ietekme uz blīvējumu. Ja apdare ir zema un īpatnējais spiediens ir mazs, noplūde palielinās. Ja īpatnējais spiediens ir liels, apdares ietekme uz noplūdi ievērojami samazinās, jo blīvējuma virsmas mikroskopiskās zobainās virsotnes ir saplacinātas. Mīkstās blīvējuma virsmas apdares ietekme uz blīvējuma veiktspēju ir daudz mazāka nekā metāla-līdz{4}}stingrai blīvējumam.
Pamatojoties uz uzskatu, ka šķidruma noplūdi var novērst tikai tad, ja atstarpe starp blīvējuma pāriem ir mazāka par šķidruma molekulas diametru, var uzskatīt, ka spraugai, lai novērstu šķidruma noplūdi, jābūt mazākai par 0,003 μm. Tomēr pat smalki slīpētas metāla virsmas pīķa augstums joprojām pārsniedz 0,1 μm, kas ir 30 reizes lielāks par ūdens molekulu diametru. Var redzēt, ka faktiski ir grūti uzlabot blīvējuma veiktspēju, tikai palielinot blīvējuma virsmas virsmas apdari. Blīvējuma pāra kvalitāte ne tikai ietekmē blīvējuma veiktspēju, bet arī tieši ietekmē lodveida vārsta kalpošanas laiku. Tāpēc ražošanas laikā ir jāuzlabo blīvējuma pāra kvalitāte.
3.2. Blīvējuma īpatnējais spiediens
Blīvējuma īpašais spiediens attiecas uz spiedienu, kas iedarbojas uz blīvējuma virsmas laukuma vienību. To rada spiediena starpība starp vārsta priekšpusi un aizmuguri un ārējais blīvēšanas spēks. Īpašā spiediena lielums tieši ietekmē lodveida vārsta blīvējuma veiktspēju, uzticamību un kalpošanas laiku. Noplūde ir apgriezti proporcionāla spiediena starpībai. Pārbaudes parādīja, ka tādos pašos citos apstākļos noplūde ir apgriezti proporcionāla spiediena starpības kvadrātam, tāpēc noplūde samazinās, palielinoties spiediena starpībai. Tā kā spiediena starpība ir svarīgs faktors, kas nosaka blīvējuma īpatnējo spiedienu, blīvējuma īpašajam spiedienam ir izšķiroša nozīme kriogēno lodveida vārstu blīvēšanas veiktspējā. Blīvējuma īpašais spiediens, kas tiek pielikts uz lodi, nedrīkst būt pārāk liels. Lai gan lielāks īpatnējais spiediens ir labvēlīgs blīvēšanai, tas palielinās vārsta darbības griezes momentu. Tāpēc saprātīga blīvējuma īpašā spiediena izvēle ir priekšnoteikums, lai nodrošinātu kriogēno lodveida vārstu blīvējumu.
3.3. Šķidruma fizikālās īpašības
3.3.1. Viskozitāte
Šķidruma caurlaidība ir cieši saistīta ar tā viskozitāti. Tādos pašos citos apstākļos, jo augstāka ir šķidruma viskozitāte, jo zemāka ir tā caurlaidība. Gāzes un šķidruma viskozitāte ļoti atšķiras. ① Gāzes viskozitāte ir desmitiem reižu mazāka nekā šķidruma viskozitāte, tāpēc tās caurlaidība ir spēcīgāka nekā šķidrumam. Tomēr izņēmums ir piesātināts tvaiks, kuru ir viegli noblīvēt. ② Saspiestai gāzei ir lielāka noplūde nekā šķidrumam.
3.3.2. Temperatūra
Šķidruma caurlaidība ir atkarīga no temperatūras, kas izraisa viskozitātes izmaiņas. Gāzes viskozitāte palielinās līdz ar temperatūras paaugstināšanos un ir proporcionāla gāzes temperatūras kvadrātsaknei. Gluži pretēji, šķidruma viskozitāte strauji samazinās, paaugstinoties temperatūrai un ir apgriezti proporcionāla temperatūras kubam. Turklāt detaļu izmēru izmaiņas, ko izraisa temperatūras izmaiņas, izraisīs blīvējuma spiediena izmaiņas blīvējuma zonā un var sabojāt blīvējumu. Tā ietekme ir īpaši nozīmīga zemas -temperatūras šķidrumu blīvēšanai. Tā kā blīvējuma pāra, kas saskaras ar šķidrumu, temperatūra parasti ir zemāka par spēku{6}}nesošajām daļām, tas izraisa blīvējuma pāra komponentu saraušanos un atslābināšanu. Blīvēšana zemā temperatūrā ir sarežģīta, un lielākā daļa blīvējuma materiālu zemā temperatūrā sabojājas. Tāpēc, izvēloties blīvējuma materiālus, jāņem vērā temperatūras ietekme.
3.3.3. Virsmas hidrofilitāte
Virsmas hidrofilitātes ietekmi uz noplūdi izraisa kapilāru poru īpašības. Ja uz virsmas ir plāna eļļas plēve, saskares virsmas hidrofilitāte tiek iznīcināta un šķidruma kanāls tiek bloķēts, tāpēc ir nepieciešama lielāka spiediena starpība, lai šķidrums izietu cauri kapilāru porām. Tāpēc daži lodveida vārsti izmanto blīvējuma smērvielu, lai uzlabotu blīvējuma veiktspēju un kalpošanas laiku. Izmantojot smērvielu blīvēšanai, uzmanība jāpievērš smērvielas papildināšanai, ja lietošanas laikā samazinās eļļas plēve. Izmantotā smērviela nedrīkst šķīst šķidrā vidē, kā arī tai nevajadzētu iztvaikot, sacietēt vai veikt citas ķīmiskas izmaiņas. Kriogēnie lodveida vārsti nav piemēroti blīvēšanas smērvielu izmantošanai, jo lielākā daļa smērvielu īpaši-zemas temperatūras apstākļos stiklosies.
3.4. Strukturālie izmēri
3.4.1. Blīvējuma pāra struktūra
Tā kā blīvējuma pāris nav absolūti stingrs, tā konstrukcijas izmēri neizbēgami mainīsies blīvējuma spēka vai temperatūras izmaiņu ietekmē. Tas mainīs mijiedarbības spēku starp blīvējuma pāriem, kā rezultātā samazināsies blīvējuma veiktspēja. Lai kompensētu šīs izmaiņas, blīvējumam jābūt ar noteiktu elastīgu deformāciju. Pašlaik dažiem lodveida vārstu ligzdām ir strukturāla forma ar elastīgu kompensāciju vai metāla elastīgu balstu, un dažām lodītēm ir arī elastīga lodveida struktūra. Šīs ir pozitīvas formas, lai uzlabotu blīvējuma veiktspēju.
3.4.2. Blīvējuma virsmas platums
Blīvējuma virsmas platums nosaka kapilāru poru garumu. Palielinoties platumam, šķidruma kustības ceļš pa kapilārām porām proporcionāli palielinās, savukārt noplūde samazinās apgriezti. Bet patiesībā tas tā nav, jo blīvējuma pāru saskares virsmas nevar pilnībā piestiprināt. Pēc deformācijas blīvējuma virsmas platums nevar pilnībā pildīt efektīvu blīvējuma lomu. Savukārt, palielinot blīvējuma virsmas platumu, ir jāpalielina nepieciešamais blīvēšanas spēks. Tāpēc svarīga ir arī saprātīga blīvējuma virsmas platuma izvēle.
3.4.3. Blīvgredzena izmērs
Kriogēnajos lodveida vārstos parasti tiek izmantoti PCTFE blīvgredzeni. PCTFE lineārais izplešanās koeficients zemā temperatūrā ir daudz augstāks nekā metālam. Tāpēc PCTFE blīvgredzens saruks zemā temperatūrā, kā rezultātā samazinās blīvējuma īpatnējais spiediens ar lodi un veidosies noplūdes kanāli ar vārsta ligzdu. Tāpēc PCTFE blīvgredzena izmērs ir arī svarīgs faktors, kas ietekmē kriogēno lodveida vārstu blīvējumu. Projektējot, jāņem vērā izmēra saraušanās ietekme zemā temperatūrā, un procesā ir jāizmanto aukstās montāžas process.
4. Secinājums
Ņemot vērā kriogēno lodveida vārstu kopējo iekšējās noplūdes fenomenu esošajos SDG pieņemšanas terminālos, pamatojoties uz kriogēno vārstu projektēšanas kritērijiem un vārstu blīvēšanas pamatteoriju, šajā rakstā ir analizēti faktori, kas ietekmē kriogēno lodveida vārstu blīvējumu, tostarp blīvējuma pāra kvalitāte, blīvējuma specifiskais spiediens, šķidruma fizikālās īpašības un blīvējuma pāra struktūra un izmērs. Kriogēno lodvārstu blīvējumu ietekmē daudzi citi faktori, piemēram, stingrība
no bumbas un vai bumbas centrs ir
koncentriski ar vārsta ligzdas blīvējuma virsmu montāžas laikā. Blīvējuma īpašais spiediens un blīvējuma pāra struktūra un izmērs ir svarīgi faktori, kas ietekmē kriogēno lodveida vārstu blīvējumu, un tie pilnībā jāņem vērā projektēšanā.
