Miért szivárog egy DN50-es, 300-as osztályú úszócsappantyú 0,2 MPa nyomásnál

01 | A teszt, amely elrejti a problémát

Egy DN50-es, 300-as osztályú úszógolyós szelep átmegy a burkolat- és az üléptesztjén a megadott nyomáskategória többszörösénél, majd becsomagolják, szállítják, felszerelik – és végül szivárogni kezd egy 0,2 MPa nyomású átviteli vezetéken. A szelep nem hibás. Olyan nyomáson tesztelték, amelyet soha nem fog látni üzemelés közben, és a tömítéshez szükséges mechanizmus nem működik azon a nyomáson, amellyel valójában találkozik.

A vízpróba erősen terheli a puha ülépet, és a szelep könnyen tömíthető. 0,2 MPa nyomáson ugyanaz a széktámasz majdnem semmilyen nyomássegítést nem biztosít, és minden a szerelés során beépített előfeszítéstől függ. Ezt az állapotot egy normál tesztsorozatban semmi sem ellenőrzi, kivéve, ha a vevő kifejezetten erre kér külön vizsgálatot.

1. ábra. DN50 (2 hüvelykes) 300-as osztályú úszó gömb szelep wCB anyagú testben, a méret, az osztály és az anyag jelölve van a test öntvényén. A gömböt kizárólag a két ülépgyűrű tartja. Shanghai Xiazhao Szelep .

02 | A kontaktfeszültség-szám

Az ülépárás egy kontaktfeszültségi probléma, nem nyomásprobléma. A tolóerő a differenciális nyomás és a furatfelület szorzata. A kontaktfelület az ülépkör kerülete és a kontaktcsík szélességének szorzata. Ha az elsőt elosztjuk a másodikkal, a furat kiesik, és egyetlen összefüggés marad.

σ ≈ dP × D / (4 × w), ahol D = ülépfurat (mm), w = kontaktcsík (mm), dP MPa-ban, σ MPa-ban

Egy tipikus 3 mm-es kontaktcsíkkal, DN50-nél szelep 0,2 MPa nyomáson körülbelül 0,8 MPa ülépfelületi feszültséget fejtenek ki. Az 5,1 MPa (Class 300) értéknél ugyanaz az ülés körülbelül 21 MPa-t érzékel. Egy DN25-es méret 0,2 MPa-nál körülbelül 0,4 MPa körül helyezkedik el. Egy olyan RPTFE ülés esetében, amelynek nyomószilárdsága tíz megapascalokban mérhető, az alacsony nyomású eset a anyag által hordozható terhelés néhány százalékával terheli. A nyomásból származó hozzájárulás gyakorlatilag eltűnt, és a tömítés kizárólag az előfeszítésre támaszkodik.

1. táblázat. Jellemző ülépfelületi feszültség, 3 mm érintkezési sáv

A táblázat továbbá magyarázatot ad egy olyan mintára, amely meglepi a vásárlókat: minél kisebb a szelep , annál rosszabb az alacsony nyomású viselkedés. Egy DN25-ös méret kevesebb mint a fele ülépfelületi feszültséget fejt ki egy DN50-es méretnél azonos nyomáskülönbség mellett, mert a tolóerő a csatornaátmérő négyzetével csökken, míg az érintkezési kerület csak lineárisan csökken.

És magyarázza, miért nincs hatással a minősítés osztálya erre a hibára. Egy DN50-es méret Class 300-ról Class 600-ra emelése megváltoztatja a minősítést, de nem változtatja meg az ülépfelületi feszültséget 0,2 MPa-nál. Ha a rendszer 0,2 MPa nyomáson üzemel, akkor a szelep 0,2 MPa szelep bármilyen nyomtatott felirat a karosszérián.

03 | Miért tűnik el az előfeszítés idővel

Az előfeszítés egy tárolt rugóerő, amely a székgéometriából, az elasztomer összenyomódásából vagy egy kifejezett rugóból származik. Három mechanizmus fogyasztja el, és mindhárom gyári körülmények között láthatatlan.

Nyomásállóság-vesztés. Egy puha szék állandó alakváltozást szenved terhelés alatt, és az azt okozó erő enyhül. Egy szelep egy évig teljes differenciális nyomáson zárva álló szék első alacsony nyomású üzemelésekor kevesebb előfeszítéssel rendelkezik, mint amennyi a próbapadon volt.

Hőmérsékleti ciklusok. Minden ciklus – a környezeti hőmérséklettől a vonali hőmérsékletig és vissza – enyhíti az előfeszítés egy részét, és a veszteség felhalmozódik. Egy szelep napi melegedést és lehűlést is tapasztaló vonalon üzemelő szék más szelep két száz ciklus után.

Hosszú ideig zárva tartás. Egy szék, amely hosszú ideig nyomódik egy mozdulatlan golyó ellen, lassan elcsúszik („creep”). A tömítés megszüntetése és újra beültetése helyreállítja a kapcsolatot, ezért egy szivárgó szelep kétszeri mozgatása gyakran azt eredményezi, hogy a szivárgás megszűnik – legalábbis egy ideig.

A gázszolgáltatás mindegyiket rosszabbá teszi. A gáz addig nem fejt ki hasznos önmagát mozgató hatást, amíg a nyomás fel nem épül, és emellett áthatolja a tömítést is, és lefelé haladva ott kiszökik. Egy puha üléssel ellátott úszó szelep alacsony nyomású gáz esetén bármely katalógus egyik legnehezebb alkalmazási területe, mégis gyakran olyan módon adják meg, mintha víz lenne.

04 | Három működő megoldás

Az előterhelés növelése a legolcsóbb megoldás. Egy rugós alátét vagy erősebb üléprugóval ellátott ülés az alacsony differenciális nyomáson is fenntartja a kontaktust a tömítési küszöb fölött. A költség a skála másik végén jelentkezik: nagyobb előterhelés több súrlódást és nagyobb nyomatékot jelent magas differenciális nyomásnál, és egy kézi működtetésű DN50-es szelepnél ez akár a kézi működtetés és a fogaskerék-működtetés közötti különbséget is jelentheti.

A székelés elvének megváltoztatása a megbízhatóbb megoldás. Egy nyomássegített székelés külön dugattyúval kis hatékony felületen zár, így ugyanazzal a vezetéknyomással jóval magasabb érintkezési feszültség keletkezik. A kompromisszum az irányfüggőség: egy dugattyús székelés általában csak egy irányban zár, és az orientációját meg kell adni; a kétirányú változat általában drágább. Alacsony nyomású vezetéknél, amely mindkét irányban tömítést követel, ez mégis gyakran a helyes válasz.

A tervezés megváltoztatása az őszinte megoldás, ha a feladat tényleg nehéz. DN50-nél egy trunnion- vagy felső bejáratú test rugalmasan terhelt székeléssel előrejelezhető alacsony nyomású viselkedést biztosít, áron, amelyet egy általános úszó szelep nem tud megközelíteni. Megéri egy olyan vezetéken, ahol a szivárgás következményekkel jár, de pazarlás egy olyan vezetéken, ahol nem.

Ami nem működik, az egy kisebb szelep , egy magasabb osztályú vagy egy drágább márkájú készülék megadása. Ezek egyike sem változtatja meg az érintkezési feszültséget 0,2 MPa-nál. A számot a csőátmérő, a sávszélesség és az előterhelés határozza meg.

05 | Mit kell a műszaki leírásba foglalni

A műszaki leírásnak azt a legalacsonyabb nyomást kell megadnia, amelyen a szelep tömítenie kell, nem csupán azt a legmagasabb nyomást, amelyet el kell viselnie. A 2. táblázat a gyakori mezői panaszt átalakítja a műszaki adatlapra szükséges mondat formájába.

2. táblázat. Mezői tünet, ok és a problémát megelőző műszaki leírásbeli mondat

Az elfogadási kritérium ugyanolyan fontos, mint a próbanyomás. A nulla szivárgás nem specifikáció; a szivárgási osztályok azok. Az ISO 5208 A-osztálya azt jelenti, hogy nincs szabad szemmel észlelhető szivárgás, amit a vásárlók általában „nulla” szivárgásként értenek. A B-, C- és D-osztályok egyre nagyobb szivárgást engednek meg, mértéke a DN értékhez van skálázva, és egy fémüléses szelep szelep általában magasabb osztályra való elfogadásra jogosult, mint egy puha üléssel ellátott.

Öt sor, sorrendben:

• A szelepnek zárnia kell a minimális üzemi differenciális nyomáson, amelyet érték .
• Ülésvizsgálat ezen a nyomáson, a szokásos magasnyomású ülésvizsgálaton felül.
• Szivárgás-elfogadás osztály szerint, ISO 5208 A–D osztály, a próbaközeg megnevezésével.
• Ülésmateriál és előterhelés alapja, amelyet a gyártótól kérnek, nem feltételeznek.
• Várható ciklusszám és zárt állapotban töltött időtartam, amely meghatározza, hogy a kompressziós deformáció tervezési kérdés-e.

Függelék A | Képi eszközök

Az 1. ábra a 01. szakaszba van beágyazva az eredeti felbontásán. A képfájl mérete 1440 × 960 pixel, ami elegendő egy 15 cm-es webes képhez, de nyomtatáshoz az eredeti fényképből újra exportálás szükséges.

Függelék B | Hivatkozott szabványok és adatmegjegyzések

API 598. Szelep Ellenőrzés és vizsgálat. Meghatározza a burkolat- és ülépvizsgálati követelményeket; az ülépvizsgálat nyomása a névleges nyomás többszöröse, ezért nem jelent alacsony nyomású üzemeltetést.

ISO 5208. Ipari szelepek – Fém szelepek nyomáspróbája. Az A–D szivárgási osztályokat a DN egységre és időegységre jutó megengedett szivárgásként adják meg, és ez a helyes módja az elfogadási kritérium megfogalmazásának.

API 608. Fémgolyós szelep Szelepek – Peremes, menetes és hegesztett végek. A kis átmérőjű peremes tartományt foglalja magában, ahol a lebegő kialakítások a szokásosak.

ASME B16.34. Szelepek – Peremes, menetes és hegesztett végek. A 300-as osztályú széntartalmú acél nyomástartó képessége 38 °C-on 51,0 bar, itt csak referencia nyomásként szerepel.