التحليل الهيكلي وتصميم نوع جديد من الصمامات الكروية ذات درجة الحرارة المنخفضة للغاية (الجزء الأول)

الخلاصة: تم اقتراح نوع جديد من خطة التصميم الهيكلي للصمام الكروي العائم بدرجة حرارة منخفضة للغاية بناءً على التحليل الهيكلي للصمام الكروي العائم ذي درجة الحرارة المنخفضة للغاية. تم تحليل صعوبات التصميم للمسافة اللامتراكزة للكرة ومقعد الصمام ذي الشكل الإسفيني ، وتم إجراء التحقق من محاكاة الحركة ثلاثية الأبعاد. تمت مناقشة إحكام إغلاق القناة الوسطى وساق صمام درجة الحرارة المنخفضة للغاية ، ويمكن اختيار الختم المناسب للوسائط المختلفة وظروف الضغط. هذا النوع الجديد من الصمامات الكروية العائمة ذات درجة الحرارة المنخفضة للغاية لديها تصنيع ومعالجة أبسط وأداء ختم جيد ، والذي يمكنه تلبية ظروف العمل القاسية مثل الغاز الطبيعي المسال وتعزيز عملية المنتجات المصنوعة في الصين.
 
مقدمة
في السنوات الأخيرة ، تطورت صناعة البتروكيماويات في الصين بسرعة ، وخاصة الغاز الطبيعي. نظرًا لأن المشاكل البيئية الناجمة عن التنقيب عن النفط أصبحت أكثر خطورة ، فقد أصبح الغاز الطبيعي دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في استهلاك الطاقة في الصين ويستخدم على نطاق واسع في إنتاج الناس وحياتهم. يجب استخدام صمامات درجات الحرارة المنخفضة جدًا لنقل وتخزين الغاز الطبيعي المسال ، مما يجعل الطلب على صمامات درجات الحرارة المنخفضة جدًا يزداد يومًا بعد يوم ، ويطرح متطلبات أعلى لصمامات درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
 
تم استخدام الصمامات الكروية ذات درجة الحرارة المنخفضة على نطاق واسع في نقل وتخزين الغاز الطبيعي المسال نظرًا لمزاياها مثل الفتح والإغلاق السريع ، ومقاومة السوائل المنخفضة ، والضوضاء المنخفضة. وفقًا لشكل الكرة ، يمكن تقسيم الصمام الكروي إلى نوعين:صمامات الكرة العائمةوصمامات الكرة مرتكز الدوران. كرة صمام الكرة العائمة تطفو. في ظل العمل المزدوج للضغط المتوسط ​​لقناة التدفق وقوة الختم الأولية ، يمكن أن يكون للكرة إزاحة معينة إلى نهاية المخرج والضغط بإحكام على السطح المحكم لمقعد الصمام في نهاية المخرج لعزل وسط المنبع لتحقيق تأثير الختم يتم تثبيت كرة الصمام الكروي الثابت في جسم الصمام ولن تتحرك في جسم الصمام تحت ضغط الوسيط. قوة الختم الأولية الكافية والقوة المتوسطة مطلوبة لجعل حلقتين الختم قريبة من السطح الكروي للحفاظ على الختم.
 
يحتوي الصمام الكروي العائم على أحجام صغيرة وأوزان خفيفة وهيكل بسيط وختم جيد ، ويستخدم على نطاق واسع في البيئات ذات الضغط المتوسط ​​والمنخفض والقطر الصغير. ومع ذلك ، لا توجد العديد من هياكل الصمامات الكروية العائمة الشائعة ، خاصة الأنواع المائلة وأنواع الدخول الجانبية بسبب مرور التدفق الصغير للصمامات الكروية ذات القطر الصغير والعديد من قيود المعالجة الداخلية. تتميز الصمامات الكروية العائمة بهذا الهيكل بمزاياها وعيوبها ، ويمكن استخدامها في بعض ظروف العمل الشائعة. ومع ذلك ، مع التطور السريع لصناعة الغاز الطبيعي المسال في السنوات الأخيرة ، تم طرح متطلبات أعلى على صمامات درجات الحرارة المنخفضة للغاية ، وهناك حاجة إلى بعض الصمامات الكروية ذات الهيكل الجديد لتلبية ظروف العمل الحالية القاسية بشكل متزايد.
 
من خلال تحليل متطلبات عمليات الغاز الطبيعي المسال والبحث عن أوجه القصور في الهيكل المشترك للصمام الكروي العائم ، تم تصميم نوع جديد من الصمامات الكروية العائمة ، وتم تحليل وحساب أداء الختم والمكونات الأساسية ؛ تم اعتماد محاكاة ثلاثية الأبعاد. يحل هذا الهيكل الجديد مشاكل عزم الدوران المفرط ، والتشويش السهل ، وصعوبة فك وتجميع الصمامات الكروية العائمة المشتركة ، ويمكن تطبيقه بشكل أفضل على ظروف العمل المعقدة للغاز الطبيعي المسال.
 
1.الخصائص الهيكلية للصمامات الكروية العائمة المشتركة
1.1صمامات الكرة العائمة شطبة
يظهر صمام كروي عائم مائل شائع في الشكل 1. يتم تثبيت مقعد الصمام بزاوية معينة في جسم الصمام ، والتي تشبه الهيكل على شكل V. هذا الهيكل له الخصائص التالية:
(1) يكون سطح إحكام إغلاق جسم الصمام مائلًا ، وسيتم إنشاء قوة إحكام أولية معينة في عملية التجميع. يمكن تعديل أداء الختم بين مقعد الصمام وجسم الصمام والكرة تلقائيًا.
(2) التركيب والتفكيك مناسبان. عندما يحتاج خط الأنابيب إلى الإصلاح ، يجب إزالة غطاء الصمام فقط لإصلاح واستبدال الأجزاء ، مما يحسن كفاءة استخدام الصمام على خط الأنابيب.
(3) هناك تأثير تعويض معين. بشكل عام ، يتم تثبيت جهاز تخزين الطاقة المرنة على الطرف العلوي من الكرة للصمام الكروي مع هذا الهيكل للتعويض عن عيوب سطح الختم بسبب التآكل والتآكل ، ولضمان أداء الختم. على الرغم من أن الصمام الكروي المائل له هيكل بسيط وختم موثوق به ويمكنه تلبية احتياجات استخدامنا الفعلي ، في نفس الوقت ، يعاني هيكل الصمام الكروي أيضًا من بعض المشكلات:
(1) يصعب ضمان خشونة التصنيع. من الصعب معالجة الهيكل المائل لجسم الصمام مباشرة على مخرطة CNC ، ومن الصعب تحقيق الخشونة المطلوبة للإغلاق باستخدام آلة الطحن CNC. من أجل تحقيق متطلبات الخشونة ، من الضروري تلميع الشطبة يدويًا ، مما يتسبب في إهدار الموارد البشرية بشكل غير ضروري.
(2) عزم الدوران كبير. من أجل ضمان إحكام إغلاق الصمام ، فإن التوافق المحكم بين جسم الصمام ومقعد الصمام بالإضافة إلى مقعد الصمام والكرة أثناء التثبيت سيؤدي إلى عزم دوران كبير ، وليس من السهل حساب عزم الدوران.
(3) في عملية الاستخدام ، سوف تتحرك الكرة لأسفل بسبب التآكل والتآكل ، مما يتسبب في فشل الختم والتشويش.

 
الشكل 1 صمامات كروية عائمة مشطوفة


الشكل 2 دخول جانبي الصمامات الكروية العائمة


الشكل 3 دخول أعلى الصمامات الكروية العائمة
  
1.2دخول جانبي صمامات كروية عائمة
الشكل 2 هو الهيكل المشترك للصمام الكروي العائم للدخول الجانبي. يحتوي الصمام الكروي للدخول الجانبي على أجزاء قليلة ، والتي تتميز بسهولة التصنيع والمعالجة ، والتجميع والتفكيك السهل ، وأداء الختم الجيد. ومع ذلك ، من الصعب إصلاحه وصيانته في الوقت المناسب إذا تم تثبيته على خط الأنابيب. إذا كانت هناك مشكلة في الصمام ، حتى لو كانت الحشية الوسطى فقط بحاجة إلى الاستبدال ، فإن الصمام بأكمله يحتاج إلى التفكيك من خط الأنابيب ثم إصلاحه واستبداله ، مما يؤدي إلى إهدار التكاليف. صمام الكرة العائمة للدخول الجانبي غير مناسب لخطوط الأنابيب الطويلة.

1.3دخول أعلى صمامات الكرة العائمة
الشكل 3 هو الهيكل المشترك للصمام الكروي العائم المثبت بالأعلى. بالمقارنة مع الصمام الكروي المائل العائم ، فإن الجزء المطابق من التجويف الأوسط لجسم الصمام الكروي العائم للدخول العلوي ومقعد الصمام يكون مستويًا رأسيًا ، ويتم توفير قوة الختم الأولية بواسطة الزنبرك. ومع ذلك ، فإن عملية التجميع والتفكيك مزعجة وتتطلب أدوات لتصحيح الأخطاء. مطلوب مجموعة من الأدوات الخاصة للصمامات الكروية بمواصفات ونماذج مختلفة ، مما يزيد من التكلفة.