服務(wù)熱線：金屬波紋補(bǔ)償器閥門的設(shè)計(jì)
2018年08月25日
滄州五森管道有限公司
1 概述
金屬波紋補(bǔ)償器閥門的波紋補(bǔ)償器下端焊接在閥桿上 , 以防止工藝流體浸蝕閥桿 , 另一端置于閥體和閥蓋之間構(gòu)成靜密封。采用合適的材料 , 波紋補(bǔ)償器閥可用于高溫 500 ℃和高壓 2 500 lb (42 MPa) 工況中。通常閥門行程為波紋補(bǔ)償器自由長(zhǎng)度的 15 % , 因而波紋補(bǔ)償器占據(jù)很大的壓力空間 , 制造工藝相對(duì)復(fù)雜 , 價(jià)格較貴。但與傳統(tǒng)填料密封閥門相比 , 閥桿的密封 , 在外泄漏要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合 , 如有毒介質(zhì)、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)和放射性介質(zhì)以及熱油等場(chǎng)合中應(yīng)用 。
1 設(shè)計(jì)要求
波紋補(bǔ)償器閥門 常用的結(jié)構(gòu)形式為波紋補(bǔ)償器截止閥和閘閥。波紋補(bǔ)償器截止閥因?yàn)槠鋯㈤]行程短 , 易于制造與之匹配的波紋補(bǔ)償器而使用 。閘閥由于需要的行程較長(zhǎng) , 制造波紋補(bǔ)償器的難度增大 , 使大口徑波紋補(bǔ)償器閘閥的使用受到限制。
211閥門壽命
波紋補(bǔ)償器閥門的全開2全關(guān)2全開過程為一個(gè)循環(huán)
(一次) , 美國(guó)閥門和管件制造者標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) MSS SP2
117 規(guī)定波紋補(bǔ)償器閥門壽命如表 1 。
在不同的工況條件下 , 波紋補(bǔ)償器閥門的壽命要求也不一樣 , 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足客戶的具體要求。
表 1 波紋補(bǔ)償器閥門壽命
閘閥截止閥
800 lb 及以下
≤2 in. (50 mm)20005000
21/ 2～4 in. (6215～100 mm)20005000
> 4 in. (100 mm)10002000
大于 800 lb
≤2 in. (50 mm)20002000
21/ 2～4 in. (6215～100mm)10002000
> 4 in. (100 mm)10001000
212 閥門試驗(yàn)
波紋補(bǔ)償器閥門的試驗(yàn)分為型式試驗(yàn)和產(chǎn)品試驗(yàn)。
21211 型式試驗(yàn)
波紋補(bǔ)償器閥門的關(guān)鍵部件是波紋補(bǔ)償器。波紋補(bǔ)償器的型式試驗(yàn)可以是波紋補(bǔ)償器閥門 , 也可以是用連波紋補(bǔ)償器的工裝 , 但工裝的載荷、行程、壓力和間隙等應(yīng)與實(shí)際的波紋補(bǔ)償器閥門相同。型式試驗(yàn)前先完成 115 倍設(shè)計(jì)壓力的強(qiáng)度試驗(yàn)。型式試驗(yàn)應(yīng)從每一基本設(shè)計(jì)和材料中隨機(jī)抽取至少 3 臺(tái)試驗(yàn) , 短壽命不低于表
1 規(guī)定。試驗(yàn)溫度為常溫 , 試驗(yàn)壓力為常溫時(shí)材料規(guī)定的工作壓力。壽命試驗(yàn)結(jié)束后用 016 MPa 的空氣試壓 , 波紋補(bǔ)償器及其連接接頭進(jìn)入水中 , 觀察是否有氣泡產(chǎn)生?；蛴煤鈾z漏儀器測(cè)試 , 其泄漏率不大于 10 - 6cm3/ s。
21212 產(chǎn)品試驗(yàn)
每臺(tái)波紋補(bǔ)償器閥門除正常的閥門試驗(yàn)外 , 還必須使用氦氣檢漏儀器測(cè)試 , 其泄漏率不大于 10 - 6
cm3/ s。
3 波紋補(bǔ)償器的選擇
波紋補(bǔ)償器閥門設(shè)計(jì)時(shí) , 合理選用波紋補(bǔ)償器是決定閥門質(zhì)量的關(guān)鍵。選用時(shí)應(yīng)考慮波紋補(bǔ)償器材料、閥門使用壽命、工作壓力和工作溫度等的影響。表 2～5 是國(guó)外某波紋補(bǔ)償器廠家有關(guān)波紋補(bǔ)償器選用的數(shù)據(jù)。
表 2 不同材料和溫度的壓力系數(shù) kt
材料20 ℃ 100 ℃ 200 ℃ 300 ℃ 400 ℃ 500 ℃
0Cr18Ni12Mo Ti110001850177016901640162
1Cr18Ni9 Ti019201820173016501610158
表 3 與位移有關(guān)的溫度系數(shù) kω
材料20 ℃ 100 ℃ 200 ℃ 300 ℃ 400 ℃ 500 ℃
0Cr18Ni12Mo Ti110001900178016801620154 1Cr18Ni9 Ti110001900180017001650155
表 4 壽 命 系 數(shù) kf
壽命次數(shù)1000200040001000025000 系數(shù)116114112110018
表 5 波紋補(bǔ)償器數(shù)據(jù)( 基于 1Cr18 Ni9MoTi 材料,常溫)
a) 波紋補(bǔ)償器壓力的選取假設(shè)一閥門工作溫度
< 300 ℃, 工作壓力為 114 MPa , 波紋補(bǔ)償器材料要求1Cr18Ni9 Ti , 壽命次數(shù) 10 000 次 , 閥門行程為 20 mm , 閥桿直徑為 20 mm。
閥門在此溫度下的工作壓力 p = 114 MPa , 小于 kt ×PN = 0165 ×215 = 1162 MPa , 可選用表 5中的波紋補(bǔ)償器。
b) 波數(shù)的計(jì)算 n = l/ ( s0 ×kω ×kf ) = 20/ (2 ×0146 ×0170 ×110) = 31 ( 波 )
由此可見 , 波紋補(bǔ)償器的選擇與波紋補(bǔ)償器材料、壽命、工作壓力和工作溫度有關(guān) , 設(shè)計(jì)時(shí)只有根據(jù)不同的工況設(shè)計(jì) , 才能保證波紋補(bǔ)償器 的工作和預(yù)期的使用壽命。
4 結(jié)構(gòu)
波紋補(bǔ)償器的下部連接采用過渡接頭與閥桿焊接 , 上部連接采用法蘭或過渡接頭與閥蓋連接 , 容易泄漏的地方是波紋補(bǔ)償器和接頭的連接處和法蘭連接處或上部接頭與閥蓋的焊接處。波紋補(bǔ)償器與接頭的焊接一般由波紋補(bǔ)償器廠家來完成。由于波紋補(bǔ)償器廠家的焊接設(shè)備和焊接技術(shù)比較強(qiáng) , 可以保證質(zhì)量。法蘭連接處采用上下石墨墊或纏繞墊來保證密封。下部接頭與閥桿的焊接和上部接頭與閥蓋的焊接較波紋補(bǔ)償器與接頭的焊接容易保證焊接質(zhì)量 , 但應(yīng)保證焊透 , 以保證密封。
圖 1 是波紋補(bǔ)償器閥門的波紋補(bǔ)償器組件常見的 4 種結(jié)構(gòu)。
圖 1 (a) 結(jié)構(gòu)用于截止閥, 波紋補(bǔ)償器通過下部接頭與閥桿連接, 上部通過法蘭與閥蓋連接。圖 1
(b) 結(jié)構(gòu)用于截止閥, 波紋補(bǔ)償器通過下部接頭與閥桿連接, 上部通過碗形罩與閥蓋連接, 此結(jié)構(gòu)閥門的總高度比圖 1 (a) 結(jié)構(gòu)要低。圖 1 (c) 結(jié)構(gòu)用于閘閥, 閘閥的行程較截止閥長(zhǎng), 波紋補(bǔ)償器長(zhǎng)度比截止閥長(zhǎng)很多, 單只波紋補(bǔ)償器長(zhǎng)度不要超過 400 mm , 如果太長(zhǎng)易引起波紋補(bǔ)償器失穩(wěn), 導(dǎo)致波紋補(bǔ)償器損壞。解決此問題一般采用波紋補(bǔ)償器分段, 中間加連接接頭, 保證波紋補(bǔ)償器的 使用。圖 1 (d) 結(jié)構(gòu)可用于波紋補(bǔ)償器閘閥或截止閥, 波紋補(bǔ)償器通過下部接頭與閥桿連接, 上部通過接頭與閥蓋焊接, 此種結(jié)構(gòu)可解決上部法蘭連接墊片密封潛在泄漏的問題, 但不易拆卸。4 種結(jié)構(gòu)各有 點(diǎn), 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用。
在閥蓋上應(yīng)設(shè)置填料密封 , 以防止波紋補(bǔ)償器損壞時(shí)介質(zhì)外漏。
5 設(shè)計(jì)注意問題
a) 波紋補(bǔ)償器與閥桿的間隙 , 一般取 1～2 mm。
b) 波紋補(bǔ)償器不能承受扭矩 , 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證波紋補(bǔ)償器只拉伸和壓縮。
c) 波紋補(bǔ)償器閥門在開啟或關(guān)閉狀態(tài)時(shí) , 波紋補(bǔ)償器分別處于壓縮和拉伸狀態(tài)。
d) 波紋補(bǔ)償器應(yīng)有承受壓力所必須的 小迭層厚度 , 并要求進(jìn)行試驗(yàn)。
e) 注意材料的相容性 , 實(shí)踐證明 inconel 合金是波紋補(bǔ)償器耐高溫高壓的較好材料。
f) 波紋補(bǔ)償器的焊接質(zhì)量應(yīng)有工藝評(píng)定和焊接記錄。
g) 作為節(jié)流用的波紋補(bǔ)償器閥應(yīng)考慮流速對(duì)波紋補(bǔ)償器的影響。
波紋補(bǔ)償器具有一定的剛度 , 應(yīng)考慮波紋補(bǔ)償器拉伸或壓縮時(shí)引起的操作力矩的增加。
4 結(jié)語
波紋補(bǔ)償器閥門工藝復(fù)雜 , 尺寸較大 , 價(jià)格較高 , 但在外泄漏要求嚴(yán)格的場(chǎng)合有著常規(guī)閥門不可替代的功能。為保證波紋補(bǔ)償器閥門的預(yù)期壽命 , 波紋補(bǔ)償器閥門設(shè)計(jì)和制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定和工藝參數(shù)的要求 , 同時(shí)也必須與波紋補(bǔ)償器制造商很好的溝通 , 并且每一臺(tái)閥門須經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn) , 才能生產(chǎn)出 的波紋補(bǔ)償器閥門。
滄州力瑞管道設(shè)備有限公司 波紋補(bǔ)償器 http://www.fxsolutions.cc/
