4.Elementos de sellado
Aunque la estructura de la válvula de bola es simple, hay muchos factores que afectan el sellado final de ladebido a la presión de autosellado de los medios y la estructura especial de la pelota.
4.1Calidad de los pares de sellado
La calidad de los pares de sellado de válvulas de bola se manifiesta principalmente en la redondez de la bola y la rugosidad de la superficie de las superficies de sellado de la bola y el asiento de la válvula. La redondez de la esfera afecta el ajuste entre la esfera y el asiento de la válvula. Si encajan bien, aumentará la resistencia del fluido para moverse a lo largo de la superficie de sellado, mejorando así el rendimiento del sellado. Generalmente, se requiere que la redondez de la esfera sea de nivel 9.
La calidad del acabado superficial de la superficie de sellado tiene una gran influencia en el sellado. Cuando la calidad del acabado superficial y la presión específica son bajas, la fuga aumenta. Cuando la presión específica es alta, el efecto de la suavidad en la fuga se reduce significativamente. Esto se debe a que los micro picos dentados en la superficie de sellado están aplanados y la suavidad de la superficie de sellado suave tiene menos efecto en el rendimiento del sellado que la rigidez del sellado de metal con metal. De acuerdo con el punto de vista de que el fluido no se escapa solo cuando el espacio entre los pares de sellado es menor que el diámetro de las moléculas del fluido, y se puede considerar que el espacio para evitar fugas de fluido debe ser inferior a 0,003 μm. Sin embargo, los picos elevados de las superficies metálicas aún superan los 0,1 μm, incluso si están finamente molidos, que son 30 veces más grandes que el diámetro de las moléculas de agua. Puede verse que, de hecho, es difícil mejorar el rendimiento de sellado solo mejorando la suavidad de la superficie de sellado. La calidad del par de sellado no solo afecta el rendimiento del sellado, sino que también afecta directamente la vida útil de la válvula de bola. Por lo tanto, la calidad del par de sellado debe mejorarse durante la fabricación.
4.2Presión específica de sellado
La presión de sellado específica se refiere a la presión que actúa sobre la unidad de área de la superficie de sellado. La presión de sellado específica se produce por la diferencia de presión entre la parte delantera y trasera de las válvulas y la fuerza de sellado aplicada. La presión específica afecta directamente el rendimiento del sellado, la confiabilidad y la vida útil de la válvula de bola. La cantidad de fuga es inversamente proporcional a la diferencia de presión. Las pruebas han demostrado que, en las mismas condiciones, la fuga es inversamente proporcional al cuadrado de la diferencia de presión. Por lo tanto, la fuga disminuirá a medida que aumente la diferencia de presión. La diferencia de presión es un factor importante que determina la presión de sellado específica, por lo que es muy importante para el rendimiento de sellado deválvulas de bola criogénicas. La presión específica de sellado aplicada sobre la esfera no debe ser demasiado grande. Una presión demasiado alta es buena para el sellado, pero aumentará el par de operación de la válvula. Por lo tanto, una selección razonable de la presión específica de sellado es un requisito previo para garantizar el sellado deválvulas de bola criogénicas.
4.3Propiedades físicas de los fluidos
(1)Viscosidad
La permeabilidad de un fluido está íntimamente relacionada con su viscosidad. Bajo las mismas otras condiciones, cuanto mayor es la viscosidad del fluido, menor se vuelve su permeabilidad. La viscosidad del gas y el líquido difieren mucho. La viscosidad del gas es decenas de veces menor que la del líquido, por lo que su permeabilidad es mejor que la del líquido. La excepción es el vapor saturado, que es fácil de asegurar el sellado. El gas comprimido se escapa más fácilmente que el líquido.
(2)La temperatura
La permeabilidad de un fluido depende de la temperatura que hace que cambie la viscosidad. La viscosidad de un gas aumenta a medida que aumenta la temperatura y es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura del gas. La viscosidad del líquido es opuesta, disminuye bruscamente con el aumento de la temperatura y es inversamente proporcional al cubo de la temperatura. Además, los cambios en el tamaño de las piezas causados por cambios de temperatura provocarán cambios en la presión de sellado en la zona de sellado y pueden dañar el sello. El impacto en el sellado de fluidos criogénicos es particularmente significativo, porque la temperatura del par de sellado que está en contacto con el fluido suele ser más baja que la de la parte receptora de fuerza, lo que hace que el par de sellado se encoja y se afloje. A bajas temperaturas, el sellado es complicado y la mayoría de los materiales de sellado fallan a bajas temperaturas. Por lo tanto, se debe considerar la influencia de la temperatura al seleccionar el material de sellado.
(3)Hidrofilia superficial
El efecto de la hidrofilicidad de la superficie sobre la fuga es causado por las características de los poros capilares. Cuando hay una fina película de aceite en la superficie, se destruye la hidrofilia de la superficie de contacto y se bloquea el canal de fluido, por lo que se requiere una gran diferencia de presión para que el fluido pase a través de los capilares. Por lo tanto, algunas válvulas de bola adoptan grasa de sellado para mejorar el sellado y la vida útil. Cuando se usa grasa para sellar, se debe tener en cuenta que si la película de aceite se reduce durante el uso, se debe agregar grasa. La grasa utilizada no debe disolverse en el medio fluido, ni evaporarse, endurecerse o sufrir otros cambios químicos. La grasa de sellado no es adecuada paraválvulas de bola criogénicas. En condiciones de temperatura ultrabaja, la mayor parte de la grasa se vitrificará.
4.4Dimensiones estructurales
(1)Estructura de sellado
Dado que el par de sellado no es absolutamente rígido, su tamaño estructural inevitablemente cambiará bajo la influencia de la fuerza de sellado o los cambios de temperatura, lo que cambiará la fuerza de interacción entre los pares de sellado y el resultado es una reducción en el rendimiento del sellado. El sello debe tener cierta deformación elástica para compensar este cambio. En la actualidad, algunos asientos de válvulas de bola adoptan una estructura con compensación elástica o soporte metálico elástico, y algunas bolas también adoptan una estructura de bola elástica. Todas estas son formas positivas de mejorar el rendimiento del sellado.
(2)Ancho de la superficie de sellado
El ancho de la superficie de sellado determina la longitud del capilar. Cuando aumenta el ancho, el movimiento del fluido a lo largo de los poros capilares aumenta proporcionalmente, mientras que la fuga disminuye inversamente. Sin embargo, este no es el caso de hecho. Debido a que las superficies de contacto de los pares de sellado no pueden coincidir completamente, el ancho de la superficie de sellado no puede ser completamente efectivo para sellar cuando se produce una deformación. El aumento en el ancho de la superficie de sellado aumentará la fuerza de sellado requerida, por lo que también es importante seleccionar razonablemente el ancho de la superficie de sellado.
(3)Tamaños de anillos de sello
Válvulas de bola criogénicasgeneralmente adopta anillos de sello de PCTFE, y el coeficiente de expansión lineal de PCTFE a bajas temperaturas es mucho más alto que el del metal. Por lo tanto, los tamaños de los anillos de sellado de PCTFE se reducirán debido a la contracción a bajas temperaturas, lo que resultará en una disminución de la presión específica del sello con la bola. Habrá un canal de fuga entre el sello y el asiento de la válvula. Por lo tanto, el tamaño del anillo de sellado de PCTFE también es un factor importante que afecta el sellado de la válvula de bola criogénica. El impacto de la contracción del tamaño a bajas temperaturas debe tenerse en cuenta para el diseño y el proceso de montaje en frío debe utilizarse en el proceso.
5.Conclusión
En vista de la fuga interna generalizada deválvulas de bola criogénicasEn las estaciones receptoras de GNL existentes, los factores que afectan el sellado de las válvulas criogénicas, como la calidad de los pares de sellado, la presión específica de los sellos, las propiedades físicas del fluido, así como la estructura y los tamaños de los pares de sellado, se analizan en función de los criterios de diseño de las válvulas criogénicas y Teoría del sellado de válvulas. Hay muchos otros factores que afectan el sellado de las válvulas de bola criogénicas, como la rigidez de la bola y que el centro de la bola sea concéntrico con la superficie de sellado del asiento de la válvula durante el montaje. La presión específica de sellado así como la estructura y los tamaños del par de sellos son elementos importantes que afectan el sellado de la válvula de bola criogénica y se deben considerar completamente en el diseño.
Aunque la estructura de la válvula de bola es simple, hay muchos factores que afectan el sellado final de ladebido a la presión de autosellado de los medios y la estructura especial de la pelota.
4.1Calidad de los pares de sellado
La calidad de los pares de sellado de válvulas de bola se manifiesta principalmente en la redondez de la bola y la rugosidad de la superficie de las superficies de sellado de la bola y el asiento de la válvula. La redondez de la esfera afecta el ajuste entre la esfera y el asiento de la válvula. Si encajan bien, aumentará la resistencia del fluido para moverse a lo largo de la superficie de sellado, mejorando así el rendimiento del sellado. Generalmente, se requiere que la redondez de la esfera sea de nivel 9.
La calidad del acabado superficial de la superficie de sellado tiene una gran influencia en el sellado. Cuando la calidad del acabado superficial y la presión específica son bajas, la fuga aumenta. Cuando la presión específica es alta, el efecto de la suavidad en la fuga se reduce significativamente. Esto se debe a que los micro picos dentados en la superficie de sellado están aplanados y la suavidad de la superficie de sellado suave tiene menos efecto en el rendimiento del sellado que la rigidez del sellado de metal con metal. De acuerdo con el punto de vista de que el fluido no se escapa solo cuando el espacio entre los pares de sellado es menor que el diámetro de las moléculas del fluido, y se puede considerar que el espacio para evitar fugas de fluido debe ser inferior a 0,003 μm. Sin embargo, los picos elevados de las superficies metálicas aún superan los 0,1 μm, incluso si están finamente molidos, que son 30 veces más grandes que el diámetro de las moléculas de agua. Puede verse que, de hecho, es difícil mejorar el rendimiento de sellado solo mejorando la suavidad de la superficie de sellado. La calidad del par de sellado no solo afecta el rendimiento del sellado, sino que también afecta directamente la vida útil de la válvula de bola. Por lo tanto, la calidad del par de sellado debe mejorarse durante la fabricación.
4.2Presión específica de sellado
La presión de sellado específica se refiere a la presión que actúa sobre la unidad de área de la superficie de sellado. La presión de sellado específica se produce por la diferencia de presión entre la parte delantera y trasera de las válvulas y la fuerza de sellado aplicada. La presión específica afecta directamente el rendimiento del sellado, la confiabilidad y la vida útil de la válvula de bola. La cantidad de fuga es inversamente proporcional a la diferencia de presión. Las pruebas han demostrado que, en las mismas condiciones, la fuga es inversamente proporcional al cuadrado de la diferencia de presión. Por lo tanto, la fuga disminuirá a medida que aumente la diferencia de presión. La diferencia de presión es un factor importante que determina la presión de sellado específica, por lo que es muy importante para el rendimiento de sellado deválvulas de bola criogénicas. La presión específica de sellado aplicada sobre la esfera no debe ser demasiado grande. Una presión demasiado alta es buena para el sellado, pero aumentará el par de operación de la válvula. Por lo tanto, una selección razonable de la presión específica de sellado es un requisito previo para garantizar el sellado deválvulas de bola criogénicas.
4.3Propiedades físicas de los fluidos
(1)Viscosidad
La permeabilidad de un fluido está íntimamente relacionada con su viscosidad. Bajo las mismas otras condiciones, cuanto mayor es la viscosidad del fluido, menor se vuelve su permeabilidad. La viscosidad del gas y el líquido difieren mucho. La viscosidad del gas es decenas de veces menor que la del líquido, por lo que su permeabilidad es mejor que la del líquido. La excepción es el vapor saturado, que es fácil de asegurar el sellado. El gas comprimido se escapa más fácilmente que el líquido.
(2)La temperatura
La permeabilidad de un fluido depende de la temperatura que hace que cambie la viscosidad. La viscosidad de un gas aumenta a medida que aumenta la temperatura y es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura del gas. La viscosidad del líquido es opuesta, disminuye bruscamente con el aumento de la temperatura y es inversamente proporcional al cubo de la temperatura. Además, los cambios en el tamaño de las piezas causados por cambios de temperatura provocarán cambios en la presión de sellado en la zona de sellado y pueden dañar el sello. El impacto en el sellado de fluidos criogénicos es particularmente significativo, porque la temperatura del par de sellado que está en contacto con el fluido suele ser más baja que la de la parte receptora de fuerza, lo que hace que el par de sellado se encoja y se afloje. A bajas temperaturas, el sellado es complicado y la mayoría de los materiales de sellado fallan a bajas temperaturas. Por lo tanto, se debe considerar la influencia de la temperatura al seleccionar el material de sellado.
(3)Hidrofilia superficial
El efecto de la hidrofilicidad de la superficie sobre la fuga es causado por las características de los poros capilares. Cuando hay una fina película de aceite en la superficie, se destruye la hidrofilia de la superficie de contacto y se bloquea el canal de fluido, por lo que se requiere una gran diferencia de presión para que el fluido pase a través de los capilares. Por lo tanto, algunas válvulas de bola adoptan grasa de sellado para mejorar el sellado y la vida útil. Cuando se usa grasa para sellar, se debe tener en cuenta que si la película de aceite se reduce durante el uso, se debe agregar grasa. La grasa utilizada no debe disolverse en el medio fluido, ni evaporarse, endurecerse o sufrir otros cambios químicos. La grasa de sellado no es adecuada paraválvulas de bola criogénicas. En condiciones de temperatura ultrabaja, la mayor parte de la grasa se vitrificará.
4.4Dimensiones estructurales
(1)Estructura de sellado
Dado que el par de sellado no es absolutamente rígido, su tamaño estructural inevitablemente cambiará bajo la influencia de la fuerza de sellado o los cambios de temperatura, lo que cambiará la fuerza de interacción entre los pares de sellado y el resultado es una reducción en el rendimiento del sellado. El sello debe tener cierta deformación elástica para compensar este cambio. En la actualidad, algunos asientos de válvulas de bola adoptan una estructura con compensación elástica o soporte metálico elástico, y algunas bolas también adoptan una estructura de bola elástica. Todas estas son formas positivas de mejorar el rendimiento del sellado.
(2)Ancho de la superficie de sellado
El ancho de la superficie de sellado determina la longitud del capilar. Cuando aumenta el ancho, el movimiento del fluido a lo largo de los poros capilares aumenta proporcionalmente, mientras que la fuga disminuye inversamente. Sin embargo, este no es el caso de hecho. Debido a que las superficies de contacto de los pares de sellado no pueden coincidir completamente, el ancho de la superficie de sellado no puede ser completamente efectivo para sellar cuando se produce una deformación. El aumento en el ancho de la superficie de sellado aumentará la fuerza de sellado requerida, por lo que también es importante seleccionar razonablemente el ancho de la superficie de sellado.
(3)Tamaños de anillos de sello
Válvulas de bola criogénicasgeneralmente adopta anillos de sello de PCTFE, y el coeficiente de expansión lineal de PCTFE a bajas temperaturas es mucho más alto que el del metal. Por lo tanto, los tamaños de los anillos de sellado de PCTFE se reducirán debido a la contracción a bajas temperaturas, lo que resultará en una disminución de la presión específica del sello con la bola. Habrá un canal de fuga entre el sello y el asiento de la válvula. Por lo tanto, el tamaño del anillo de sellado de PCTFE también es un factor importante que afecta el sellado de la válvula de bola criogénica. El impacto de la contracción del tamaño a bajas temperaturas debe tenerse en cuenta para el diseño y el proceso de montaje en frío debe utilizarse en el proceso.
5.Conclusión
En vista de la fuga interna generalizada deválvulas de bola criogénicasEn las estaciones receptoras de GNL existentes, los factores que afectan el sellado de las válvulas criogénicas, como la calidad de los pares de sellado, la presión específica de los sellos, las propiedades físicas del fluido, así como la estructura y los tamaños de los pares de sellado, se analizan en función de los criterios de diseño de las válvulas criogénicas y Teoría del sellado de válvulas. Hay muchos otros factores que afectan el sellado de las válvulas de bola criogénicas, como la rigidez de la bola y que el centro de la bola sea concéntrico con la superficie de sellado del asiento de la válvula durante el montaje. La presión específica de sellado así como la estructura y los tamaños del par de sellos son elementos importantes que afectan el sellado de la válvula de bola criogénica y se deben considerar completamente en el diseño.
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