В THINKTANK инженеры проектов и системные дизайнеры часто задают нам вопросы:
«Можно ли применять технологию крышки с герметичным уплотнением для регулирующих клапанов, работающих в условиях высокого давления?»
Это обоснованный вопрос, особенно если вы работаете с высокотемпературным паром или критически важными углеводородами.
За последние 30 лет в производстве клапанов мы работали с различными отраслями, где клапаны высокого давления являются необходимыми. Но когда дело доходит до регулирующих клапанов, история немного другая.
- A/B – тенденция крышки двигаться вверх или вниз при изменении давления
- C – Давление в системе
- D – Уплотнительные силы, возникающие из-за давления
Герметичное уплотнение и крышка с болтовым креплением — в чем реальная разница?
Давайте начнем с быстрого сравнения.
Герметичная крышка
Применение клапанов с герметичным уплотнением внутреннее давление, способствующее герметизации. Крышка вставлена в корпус клапана и удерживается сегментированным упорным кольцом. По мере повышения давления оно толкает крышку вверх, чтобы сильнее сжать прокладку.. Это делает конструкцию компактнее и легче, подходит для класса ANSI 900 и выше, обычно встречается в котлах, термомасляных системах и главных паропроводах.
Конструкция уплотнения под давлением применяется для клапанов, используемых в условиях высокого давления, обычно свыше 170 бар. Уникальной особенностью крышки с уплотнением под давлением является то, что уплотнение соединения корпуса и крышки улучшается по мере увеличения внутреннего давления — в отличие от других конструкций, где более высокое давление может увеличить риск утечки в соединении. Чем выше внутреннее давление, тем больше сила уплотнения.
Легкий демонтаж возможен путем опускания узла крышки в полость корпуса и выталкивания четырехсегментных упорных колец с помощью нажимного штифта. Опираясь на относительно простые принципы конструкции, клапаны с уплотнением давления доказали свою эффективность в сложных условиях изоляции ископаемого топлива и пара комбинированного цикла. Поскольку проектировщики систем расширяют границы давления/температуры котлов, HRSG и трубопроводов, клапаны с уплотнением давления остаются надежным решением.
Они Обычно доступны размеры от 2 до 24 дюймов и классы давления ASME B16.34 от 600 до 2500. Некоторые производители даже предлагают индивидуальные варианты для больших диаметров или более высоких значений давления.
Клапаны с герметичным уплотнением изготавливаются из самых разных материалов, таких как кованая и литая сталь A105, сплавы марок F22/WC9, F11/WC6, а также кованые и литые нержавеющие материалы F316/F316H, способные выдерживать температуры свыше 500 °C.
Концепция конструкции уплотнения под давлением возникла в середине 1900-х годов, когда растущие требования к системам на электростанциях заставили производителей клапанов искать альтернативы традиционным болтовым соединениям крышки. Помимо обеспечения улучшенной герметичности, клапаны с уплотнением под давлением также весят значительно меньше, чем их аналоги с болтовыми крышками.
Болт на капоте
Традиционная конструкция фланец-фланец с использованием болтов и прокладок. Герметизация полностью зависит от предварительной нагрузки болта. Она проста в обслуживании и хорошо работает при низком и среднем давлении — наиболее распространена в системах ANSI Class 150–600.
Итак, если герметичные крышки так хороши при высоком давлении, почему бы нам не использовать их в регулирующих клапанах?
Мы попробовали — и вот почему это не работает
В THINKTANK мы фактически исследовали эту идею. Мы рассматривали возможность применения конструкций крышки с герметичным уплотнением для наших конструкций регулирующих клапанов высокого давления и даже провели анализ методом конечных элементов (FEA) для проверки механической осуществимости.
Результат? Ряд технических проблем, сделавших конструкцию нежизнеспособной. Конструкция не могла обеспечить точное выравнивание между внутренними компонентами, такими как заглушки и седла. Кратковременный зазор перед нарастанием давления вызывает потенциальные смещения, которые могут повлиять на эффективность управления.
И мы не одиноки. Даже такие ведущие бренды, как FISHER и Masoneilan, до сих пор не приняли крышки с герметичным уплотнением для своих регулирующих клапанов. Одной из основных причин является стоимость — внедрение такой конструкции значительно увеличивает сложность производства и общую цену. Добавьте к этому тот факт, что применение регулирующих клапанов высокого давления встречается относительно редко, и станет ясно, почему рынок не двигался в этом направлении.
Практические причины, по которым регулирующие клапаны придерживаются конструкций с болтовыми крышками
1. Совместимость диапазона давления
Большинство регулирующих клапанов работают в соответствии с ANSI 600 или ниже. Нет необходимости в излишних инженерных решениях с использованием уплотнения под давлением, когда крышка с болтовым креплением может выполнять эту работу надежно и экономически эффективно.
2. Стабильность при переменных условиях эксплуатации
Регулирующие клапаны часто работают в широком диапазоне давлений, включая низкое давление или даже вакуум. Конструкции уплотнения давления полагаются на внутреннее давление для поддержания герметизации. При низком давлении это уплотнение становится ненадежным, требуя компенсации предварительной нагрузки, которая увеличивает трение штока и влияет на отзывчивость.
3. Структурное выравнивание
В отличие от запорных клапанов, регулирующие клапаны имеют точные внутренние элементы, которым нужна жесткая структурная устойчивость. Болтовые крышки обеспечивают постоянное сжатие и выравнивание с момента установки. Крышки с герметичным уплотнением могут вносить микродвижения, которые ставят под угрозу внутреннее выравнивание.
4. Частые срабатывания стресса
Регулирующие клапаны находятся в постоянном движении. Это циклическое напряжение может привести к ускоренному износу прокладок уплотнения и упорных колец. С другой стороны, болтовые крышки с двойными системами уплотнения лучше справляются с повторяющимися движениями и обеспечивают более предсказуемую производительность.
5. Существуют лучшие альтернативы
Для требовательных приложений THINKTANK и другие производители используют усовершенствованные системы уплотнений, такие как сильфонные уплотнения или многоступенчатые уплотнения с впрыском смазки. Они специально разработаны для уплотнения штока под высоким давлением — а не для уплотнения крышки — и обеспечивают надежный контроль выбросов без чрезмерного усложнения конструкции.
Решение THINKTANK: Групповая герметизация многослойной упаковки
Для удовлетворения потребностей в применении под высоким давлением мы используем многослойную структуру набивки. Она включает в себя:
- Два комплекта уплотнительных колец из ПТФЭ
- Центральная металлическая втулка (которая может выполнять функцию фонарного кольца)
- Верхнее и нижнее уплотнительные кольца для эластичного уплотнения
Эта установка предлагает избыточные уплотнительные слои и даже может интегрировать порт мониторинга или впрыска смазки. Она обеспечивает герметичное уплотнение штока, отличную химическую стойкость и простоту обслуживания — и все это без структурной сложности крышки с герметичным уплотнением.
Заключительная мысль
Хотя крышки с герметичным уплотнением обеспечивают превосходную производительность во многих применениях запорных клапанов высокого давления, они не являются лучшим выбором для регулирующих клапанов. Уникальные требования к модулирующим службам, такие как выравнивание, отзывчивость и частое срабатывание, делают крышки с болтовым креплением более надежным и практичным выбором.
Если вы оцениваете варианты клапанов для системы высокого давления и хотите получить информацию, основанную на реальном инженерном опыте, не стесняйтесь обращаться к нам. Наша команда THINKTANK здесь, чтобы помочь вам сделать правильный выбор — на основе результатов полевых испытаний, а не только теории.
