Por que unha válvula flotante DN50 clase 300 perde presión a 0,2 MPa

01 | A proba que agocha o problema

Unha válvula de bóla flotante DN50 Clase 300 válvula supera a súa proba de corpo e a súa proba de asento á múltiplo especificado da presión nominal, é embalada, enviada, instalada e logo goteja nunha liña de trasnferencia en funcionamento a 0,2 MPa. A válvula non é defectuosa. Foi probada a unha presión á que nunca estará sometida en servizo, e o mecanismo do que depende para o seu estanqueidade non opera á presión á que si está sometida.

A proba hidráulica carga fortemente un asento blando e o válvula sellos facilmente. A 0,2 MPa o mesmo asento non fornece case ningunha axuda de presión, e todo depende da precarga incorporada durante a montaxe. Ningún ensaio normal verifica esa condición a menos que o comprador o solicite especificamente.

Figura 1. Bola flotante DN50 (2 polgadas), clase 300 válvula en corpo WCB, co tamaño, clase e material marcados na fundición do corpo. A bóla sostense só polos dous aneis de asento. Shanghai Xiazhao Válvula .

02 | O Número de Tensión de Contacto

A fuga polo asento é un problema de tensión de contacto, non un problema de presión. A forza axial é a presión diferencial multiplicada pola área do orificio. A área de contacto é a circunferencia do asento multiplicada pola anchura da banda de contacto. Ao dividir unha entre a outra, o diámetro do orificio cancelase, deixando unha única relación.

sigma ≈ dP × D / (4 × w); D = diámetro do asento (mm), w = anchura da banda de contacto (mm), dP en MPa, sigma en MPa

Con unha banda de contacto típica de 3 mm, un DN50 válvula a 0,2 MPa desenvolve aproximadamente 0,8 MPa de tensión de contacto no asento. A 5,1 MPa, a clasificación Clase 300, o mesmo asento experimenta aproximadamente 21 MPa. Un DN25 a 0,2 MPa ten unha tensión de contacto próxima a 0,4 MPa. Frente a un asento de RPTFE cunha resistencia á compresión na orde das decenas de megapascals, o caso de baixa presión está cargado só ao nivel dun par de porcentaxes da capacidade do material. A contribución da presión desapareceu efectivamente e a estanquidade depende exclusivamente da precarga.

Táboa 1. Tensión de contacto indicativa no asento, banda de contacto de 3 mm

A táboa explica tamén un patrón que sorprende aos compradores: canto menor o válvula , peor é o comportamento a baixa presión. Un DN25 ten menos da metade da tensión de contacto dun DN50 á mesma diferenza de presión, pois o empuje diminúe co cadrado do diámetro interior, mentres que a circunferencia de contacto só diminúe de xeito lineal.

E explica tamén por que a clasificación non inflúe nesta falla. Elevar o DN50 de Clase 300 a Clase 600 cambia a clasificación, pero non a tensión de contacto a 0,2 MPa. Se a liña opera a 0,2 MPa, o válvula é un 0,2 MPa válvula calquera cousa que estea estampada no corpo.

03 | Por que desaparece a precarga co tempo

A precarga é unha forza almacenada da mola, derivada da xeometría do asento, da compresión do elastómero ou dunha mola explícita. Tres mecanismos consúmela, e os tres son invisibles na fábrica.

Deformación por compresión. Un asento brando experimenta unha deformación permanente baixo carga, e a forza que produciu esa deformación relájase. Un válvula que estivo pechado con diferenza de presión máxima durante un ano chega á súa primeira función a baixa presión cunha precarga menor ca a que tiña na bancada de probas.

Ciclos térmicos. Cada ciclo desde a temperatura ambiente ata a temperatura da liña e de volta reláxase unha fracción da precarga, e a perda acumúlase. Un válvula nunha liña que se quenta e enfría diariamente é distinto dun válvula despois de dúascentas veces.

Peche prolongado. Un asento que permanece prensado contra unha bóla inmóbil flúe. Romper o selo e volver colocar o asento restaura parte do contacto, razón pola cal un operario que move un válvula duas veces con frecuencia informa que deixou de perder, polo menos durante un tempo.

O servizo de gas empeora cada un destes casos. Un gas non ten ningún efecto útil de autoenerxización ata que se xera presión, e tamén permea o asento e descomprime a través del no seu percorrido cara abaixo. Unha válvula flotante de asento blando en gas de baixa presión é un dos casos máis difíciles de calquera catálogo, e especificase habitualmente como se fose auga.

04 | Tres solucións que funcionan

Aumentar a precarga é a solución máis barata. Un asento cun resorte de arandela ou cun resorte de asento máis pesado mantén a tensión de contacto por riba do limiar de estanqueidade en diferencias de presión bajas. O custo aparece na outra punta do intervalo: máis precarga significa máis fricción e máis torque en diferencias de presión altas, e nunha válvula de maneta de DN50 iso pode ser a diferenza entre unha maneta e un mecanismo de engranaxes.

Cambiar o principio do asento é a solución máis robusta. Un asento asistido por presión cun pistón separado selca nunha pequena área efectiva, polo que a mesma presión na liña produce unha tensión de contacto moito maior. O compromiso é a direccionalidade: normalmente, un asento de pistón selca nunha soa dirección e debe especificarse coa súa orientación; ademais, unha versión bidireccional adoita ser máis cara. Para unha liña de baixa presión que debe selar en ambas direccións, esta sigue sendo, con frecuencia, a resposta correcta.

Cambiar o deseño é a solución honesta cando a aplicación é realmente difícil. Para DN50, un corpo de trunnion ou de entrada superior con asento cargado por resorte ofrece un comportamento previsible a baixa presión, a un prezo que un flotante de tipo estándar válvula non pode igualar. É xustificable nunha liña na que as fugas teñen consecuencias, pero supón un desperdicio nunha liña na que non as teñen.

O que non funciona é especificar un válvula , unha clase superior ou unha marca máis cara. Ningunha destas opcións modifica a tensión de contacto a 0,2 MPa. Este valor está determinado polo diámetro interior, a anchura da banda e a precarga.

05 | Que incluír na especificación

A especificación debe describir a presión máis baixa á que o válvula debe selar, non só a presión máis alta que debe soportar. A táboa 2 converte a queixa habitual do campo na liña que debería figurar na ficha técnica.

Táboa 2. Síntoma no campo, causa e liña da especificación que o prevén

O criterio de aceptación é tan importante como a presión de proba. A ausencia de fugas non é unha especificación; as clases de fuga sí o son. A taxa A de ISO 5208 significa ausencia de fugas detectables visualmente, o que os compradores normalmente entenden por «cero fugas». As taxas B, C e D permiten progresivamente máis fugas, escaladas segundo o DN, e unha válvula con asento metálico válvula normalmente acéptase fronte a unha taxa posterior á dunha válvula con asento blando. Indicar a taxa, o medio e a presión elimina as discusións na fase de posta en servizo.

Cinco liñas, en orde:

• Presión diferencial mínima de traballo á que a válvula debe asegurar o estanqueidade, indicada como un valor .
• Proba de estanqueidade do asento a esa presión, ademais da proba estándar de alta presión no asento.
• Aceptación de fugas por clase, segundo a taxa A a D de ISO 5208, co medio de proba nomeado.
• Material do asento e base da precarga, solicitados ao fabricante e non asumidos.
• Número esperado de ciclos e duración do peche, que determinan se a deformación permanente é un problema de deseño.

Apéndice A | Activo de imaxe

A figura 1 está integrada na sección 01 coa súa resolución de entrega. O ficheiro entregado é de 1440 x 960 px, o que é axeitado para unha imaxe web de 15 cm, pero debe ser reexportado a partir da fotografía orixinal para uso impreso.

Apéndice B | Normas citadas e notas sobre os datos

API 598. Válvula Inspección e probas. Define os requisitos das probas do corpo e do asento; a presión de proba do asento é un múltiplo da clasificación, polo que non representa un servizo de baixa presión.

ISO 5208. Industrial válvulas — Probas de presión en válvulas metálicas. As taxas de fuga A a D exprésanse como fuga permitida por DN e por unidade de tempo, e son a forma correcta de establecer un criterio de aceptación.

API 608. Bola de metal Válvulas - Extremos con brida, roscados e soldados. Abrange a gama de bridas de pequeno diámetro onde os deseños flotantes son estándar.

ASME B16.34. Válvulas - Extremos con brida, roscados e soldados. Clase 300 de acero ao carbono a 38 °C é de 51,0 bar, empregada aquí só como presión de referencia.