Miksi DN50-luokan 300 kelluva venttiili vuotaa 0,2 MPa:n paineessa

01 | Testi, joka piilottaa ongelman

DN50-luokan 300 kelluva pallo venttiili läpäisee kotelotestinsä ja istukkatestinsä määritellyllä moninkertaisella luokittelupaineella, pakataan, toimitetaan, asennetaan ja alkaa sitten vuotaa siirtolinjalla, jossa paine on 0,2 MPa. Venttiili ei ole viallinen. Sitä testattiin paineella, jota se ei koskaan kohtaa käytössä, ja sen tiivistysmekanismi ei toimi juuri sillä paineella, jolla venttiili käytännössä toimii.

Hydrotesti kuormittaa pehmeää istukkaa voimakkaasti ja venttiili tiukentuu helposti. Painetta 0,2 MPa kohdalla sama istukka ei tarjoa lähes lainkaan paineavusta, ja kaikki riippuu kokoonpanon yhteydessä asennettavasta esikuormituksesta. Normaalissa testisarjassa tätä ehtoa ei tarkisteta, ellei ostaja erityisesti sitä vaadi.

Kuva 1. DN50 (2 tuumaa) luokka 300 kelluva pallo venttiili wCB-kotelossa, johon on merkitty koko, luokka ja materiaali valukappaleen kehälle. Palloa pitävät ainoastaan kaksi istukkarinkia. Shanghai Xiazhao Venttiili .

02 | Kontaktijännitysluku

Istukkatiukentuminen on kontaktijännitysongelma, ei paineongelma. Voima on paine-ero kerrottuna putken poikkipinta-alalla. Kontaktialue on istukkakehän pituus kerrottuna kontaktikaistan leveydellä. Jakamalla ensimmäinen toisella putken halkaisija supistuu yhdeksi suhteeksi.

sigma ≈ dP × D / (4 × w), jossa D = istukkahanan halkaisija (mm), w = kontaktikaista (mm), dP = MPa:ssa, sigma = MPa:ssa

Tyypillisellä 3 mm:n kontaktikaistalla DN50 venttiili 0,2 MPa:n paineella kehittää noin 0,8 MPa:n istumapinnan kosketusjännitteen. 5,1 MPa:n (luokka 300) paineella sama istumapinta kokee noin 21 MPa:n jännitteen. DN25-kokoinen venttiili 0,2 MPa:n paineella kokee istumapinnalla noin 0,4 MPa:n jännitteen. RPTFE-istumapinnan puristuslujuus on kymmeniä megapascalia, joten alhapaineisessa tapauksessa kuormitus on vain muutama prosentti siitä, mitä materiaali kestää. Paineen vaikutus on käytännössä hävinnyt, ja tiiviste toimii pelkästään esijännityksen varassa.

Taulukko 1. Suuntaa antava istumapinnan kosketusjännitys, 3 mm:n kosketusalue

Taulukko selittää myös ostajat yllättävän ilmiön: mitä pienempi venttiili , sitä huonompi alhapaineinen käyttäytyminen. DN25:n kosketusjännitys on alle puolet DN50:n kosketusjännityksestä samalla paine-erolla, koska työntövoima pienenee putken halkaisijan neliön mukaan, kun taas kosketuskehän pituus pienenee vain lineaarisesti.

Se selittää myös, miksi luokka ei vaikuta tähän vikaantumiseen. DN50-venttiilin nostaminen luokasta 300 luokkaan 600 muuttaa luokitusta, mutta ei kosketusjännitystä 0,2 MPa:n paineella. Jos putkisto toimii 0,2 MPa:n paineella, venttiili on 0,2 MPa venttiili mitä tahansa on leimattu rungolle.

03 | Miksi esijännitys katoaa ajan myötä

Esijännitys on varastoitua jousivoimaa, joka johtuu istuimen geometriasta, elastomeerin puristumisesta tai erillisestä jousista. Kolme mekanismia kuluttavat sitä, ja kaikki kolme ovat tehtaalla näkymättömiä.

Puristusmuodonmuutos. Pehmeä istuin muuttuu pysyvästi kuormituksen alaisena, ja sen muodonmuutoksen aiheuttanut voima hellittää. A venttiili joka on ollut suljettuna täydellä paineerolla vuoden ajan, saapuu ensimmäiseen alhaisen paineen tehtävään pienemmällä esijännityksellä kuin mitä sillä oli testipenkissä.

Lämpötilan vaihtelu. Jokainen kierros ympäristön lämpötilasta linjan lämpötilaan ja takaisin hellittää osan esijännityksestä, ja tappio kertyy. A venttiili linjalla, joka kuumenee ja jäähtyy päivittäin, on erilainen venttiili kahden sadan kierroksen jälkeen.

Pitkäaikainen sulkeminen. Istuin, joka pysyy puristettuna liikkumattomaan palloon, muovautuu hitaasti. Tiukentamalla tiivistystä ja asettamalla istuinta uudelleen palautetaan osa kosketuksesta, mikä selittää sen, miksi käyttäjä, joka toimintaa vuotavaa venttiili kahdesti, ilmoittaa usein, että vuoto on loppunut, ainakin hetkeksi.

Kaasupalvelu tekee kaikista näistä huonompia. Kaasu ei omaa hyödyllistä itseenergoitumisvaikutusta, ennen kuin paine kasvaa, ja se myös läpäisee istukkaa ja laajenee sen läpi alaspäin liikkuessaan. Pehmeäistukkainen kelluva venttiili alhaisessa paineessa on yksi vaikeimmista tapauksista missä tahansa tuotekatalogissa, ja sitä määritellään säännöllisesti kuin se olisi vettä.

04 | Kolme toimivaa korjausta

Esijännityksen nostaminen on halvin korjaus. Istukka jousilevyllä tai voimakkaammalla istukkajousella pitää kosketuspaineen tiukentumisrajan yläpuolella pienellä paine-erolla. Kustannus ilmenee toisella ääripäässä: suurempi esijännitys tarkoittaa suurempaa kitkaa ja suurempaa vääntömomenttia korkealla paine-erolla, ja käsisäätöisessä DN50-venttiilissä tämä voi olla ero käsisäätimen ja vaihteiston välillä.

Istunnon periaatteen muuttaminen on kestävämpi ratkaisu. Painetta tukeva istuin, jossa on erillinen liukupainin, tiivistää pienellä tehollisella alueella, joten sama linjapaine aiheuttaa huomattavasti suuremman kosketuspaineen. Kompromissi on suuntariippuvuus: liukupainin istuin tiivistää yleensä vain yhteen suuntaan, ja sen asennussuunta on määriteltävä erikseen; kaksisuuntainen versio maksaa yleensä enemmän. Alhaisen paineen linjassa, joka on tiivistettävä molempiin suuntiin, tämä on silti usein oikea ratkaisu.

Suunnittelun muuttaminen on rehellinen ratkaisu, kun käyttöolosuhteet ovat todella vaativia. DN50-koolle trunnion- tai yläkäyttöinen runko jousitetulla istuimella tarjoaa ennustettavaa alhaisen paineen käyttäytymistä hintaan, jota tavallinen kelluva venttiili ei pysty vastaamaan. Se on kannattavaa linjassa, jossa vuodot aiheuttavat seurauksia, mutta turhaa linjassa, jossa niillä ei ole merkitystä.

Mitä ei toimi, on pienempien venttiili , korkeamman luokan tai kalliimman merkin määrittely. Mikään näistä ei muuta kosketuspainetta 0,2 MPa:ssa. Luku määräytyy putken halkaisijasta, tiivistimen leveydestä ja esijännityksestä.

05 | Mitä määrittelyyn tulee sisällyttää

Määrittelyn tulee kuvata pienin paine, jossa venttiili täytyy tiukentaa, ei ainoastaan suurin paine, jota se kestää. Taulukko 2 muuntaa yleisimmän kenttävalitan määrittelyriviksi, joka olisi pitänyt olla teknisessä tiedotusdokumentissa.

Taulukko 2. Kenttäoire, syy ja määrittelyrivi, joka estää sen

Hyväksyntäkriteeri on yhtä tärkeä kuin testipaine. Nollavuoto ei ole määritelmä; vuotoluokat ovat. ISO 5208 -luokka A tarkoittaa näkyvää vuotoa ei havaittavissa olevaa vuotoa, mikä on yleensä se, mitä ostajat tarkoittavat sanalla nolla. Luokat B, C ja D sallivat asteikollisesti yhä enemmän vuotoa DN:n mukaan, ja metalliistukkainen venttiili venttiili hyväksytään yleensä myöhempää luokkaa vasten kuin pehmeäistukkainen venttiili. Luokan, väliaineen ja paineen kirjaaminen poistaa kiistan käyttöönoton yhteydessä.

Viisi riviä järjestyksessä:

• Pienin toimintapaineen ero, jolla venttiilin on tiivistettävä, ilmoitettuna arvo .
• Istukkatesti kyseisessä paineessa lisäksi standardista korkeapaineisesta istukkatestistä.
• Vuotohyväksyntä luokittain, ISO 5208 -luokat A–D, testiväliaine nimetty.
• Istukkamateriaali ja esikuormitustapa, pyydettävä valmistajalta eikä oletettava.
• Odotettu kierrosmäärä ja suljetun tilan kesto, jotka määrittävät, onko puristusmuodon muutos suunnitteluongelma.

Liite A | Kuva-aineisto

Kuva 1 on upotettu osioon 01 toimitetussa resoluutiossa. Toimitettu tiedosto on 1440 × 960 pikseliä, mikä riittää 15 cm:n verkkokuvan käyttöön, mutta painokäyttöön se tulisi uudelleen viedä alkuperäisestä valokuvasta.

Liite B | Viitatut standardit ja tietohuomautukset

API 598. Venttiili Tarkastus ja testaus. Määrittelee kotelon ja istukkan testivaatimukset; istukkatestipaine on useita kertaa suurempi kuin nimellispaine, mikä selittää, miksi se ei edusta alapainekäyttöä.

ISO 5208. Teollisuus venttiilejä – Metalliventtiilien painekokeet. Vuotoluokat A–D ilmoitetaan sallittuna vuotona per DN ja per aikayksikkö, ja ne ovat oikea tapa esittää hyväksyntäkriteeri.

API 608. Metallipallo Venttiilejä – Liitosmuodot: liitospinta, kierre ja hitsaus. Kattaa pienihalkaisijaisen liitospintaliitoksen alueen, jossa kelluva rakenne on standardi.

ASME B16.34. Venttiilejä – Liitosmuodot: liitospinta, kierre ja hitsaus. Hiiliteräksen luokka 300 lämpötilassa 38 °C on 51,0 bar, jota käytetään tässä vain viitepaineena.