服務熱線：金屬波紋補償器閥門的設計
2018年08月25日
滄州五森管道有限公司
1 概述
金屬波紋補償器閥門的波紋補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成靜密封。采用合適的材料 , 波紋補償器閥可用于高溫 500 ℃和高壓 2 500 lb (42 MPa) 工況中。通常閥門行程為波紋補償器自由長度的 15 % , 因而波紋補償器占據很大的壓力空間 , 制造工藝相對復雜 , 價格較貴。但與傳統填料密封閥門相比 , 閥桿的密封 , 在外泄漏要求比較嚴格的場合 , 如有毒介質、強腐蝕介質和放射性介質以及熱油等場合中應用 。
1 設計要求
波紋補償器閥門 常用的結構形式為波紋補償器截止閥和閘閥。波紋補償器截止閥因為其啟閉行程短 , 易于制造與之匹配的波紋補償器而使用 。閘閥由于需要的行程較長 , 制造波紋補償器的難度增大 , 使大口徑波紋補償器閘閥的使用受到限制。
211閥門壽命
波紋補償器閥門的全開2全關2全開過程為一個循環
(一次) , 美國閥門和管件制造者標準協會 MSS SP2
117 規定波紋補償器閥門壽命如表 1 。
在不同的工況條件下 , 波紋補償器閥門的壽命要求也不一樣 , 設計時應滿足客戶的具體要求。
表 1 波紋補償器閥門壽命
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
波紋補償器閥門的試驗分為型式試驗和產品試驗。
21211 型式試驗
波紋補償器閥門的關鍵部件是波紋補償器。波紋補償器的型式試驗可以是波紋補償器閥門 , 也可以是用連波紋補償器的工裝 , 但工裝的載荷、行程、壓力和間隙等應與實際的波紋補償器閥門相同。型式試驗前先完成 115 倍設計壓力的強度試驗。型式試驗應從每一基本設計和材料中隨機抽取至少 3 臺試驗 , 短壽命不低于表
1 規定。試驗溫度為常溫 , 試驗壓力為常溫時材料規定的工作壓力。壽命試驗結束后用 016 MPa 的空氣試壓 , 波紋補償器及其連接接頭進入水中 , 觀察是否有氣泡產生。或用氦氣檢漏儀器測試 , 其泄漏率不大于 10 - 6cm3/ s。
21212 產品試驗
每臺波紋補償器閥門除正常的閥門試驗外 , 還必須使用氦氣檢漏儀器測試 , 其泄漏率不大于 10 - 6
cm3/ s。
3 波紋補償器的選擇
波紋補償器閥門設計時 , 合理選用波紋補償器是決定閥門質量的關鍵。選用時應考慮波紋補償器材料、閥門使用壽命、工作壓力和工作溫度等的影響。表 2～5 是國外某波紋補償器廠家有關波紋補償器選用的數據。
表 2 不同材料和溫度的壓力系數 kt
材料20 ℃ 100 ℃ 200 ℃ 300 ℃ 400 ℃ 500 ℃
0Cr18Ni12Mo Ti110001850177016901640162
1Cr18Ni9 Ti019201820173016501610158
表 3 與位移有關的溫度系數 kω
材料20 ℃ 100 ℃ 200 ℃ 300 ℃ 400 ℃ 500 ℃
0Cr18Ni12Mo Ti110001900178016801620154 1Cr18Ni9 Ti110001900180017001650155
表 4 壽 命 系 數 kf
壽命次數1000200040001000025000 系數116114112110018
表 5 波紋補償器數據( 基于 1Cr18 Ni9MoTi 材料,常溫)
a) 波紋補償器壓力的選取假設一閥門工作溫度
< 300 ℃, 工作壓力為 114 MPa , 波紋補償器材料要求1Cr18Ni9 Ti , 壽命次數 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中的波紋補償器。
b) 波數的計算 n = l/ ( s0 ×kω ×kf ) = 20/ (2 ×0146 ×0170 ×110) = 31 ( 波 )
由此可見 , 波紋補償器的選擇與波紋補償器材料、壽命、工作壓力和工作溫度有關 , 設計時只有根據不同的工況設計 , 才能保證波紋補償器 的工作和預期的使用壽命。
4 結構
波紋補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。波紋補償器與接頭的焊接一般由波紋補償器廠家來完成。由于波紋補償器廠家的焊接設備和焊接技術比較強 , 可以保證質量。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償器與接頭的焊接容易保證焊接質量 , 但應保證焊透 , 以保證密封。
圖 1 是波紋補償器閥門的波紋補償器組件常見的 4 種結構。
圖 1 (a) 結構用于截止閥, 波紋補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) 結構用于截止閥, 波紋補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, 此結構閥門的總高度比圖 1 (a) 結構要低。圖 1 (c) 結構用于閘閥, 閘閥的行程較截止閥長, 波紋補償器長度比截止閥長很多, 單只波紋補償器長度不要超過 400 mm , 如果太長易引起波紋補償器失穩, 導致波紋補償器損壞。解決此問題一般采用波紋補償器分段, 中間加連接接頭, 保證波紋補償器的 使用。圖 1 (d) 結構可用于波紋補償器閘閥或截止閥, 波紋補償器通過下部接頭與閥桿連接, 上部通過接頭與閥蓋焊接, 此種結構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 種結構各有 點, 設計時應根據實際情況選用。
在閥蓋上應設置填料密封 , 以防止波紋補償器損壞時介質外漏。
5 設計注意問題
a) 波紋補償器與閥桿的間隙 , 一般取 1～2 mm。
b) 波紋補償器不能承受扭矩 , 設計時應保證波紋補償器只拉伸和壓縮。
c) 波紋補償器閥門在開啟或關閉狀態時 , 波紋補償器分別處于壓縮和拉伸狀態。
d) 波紋補償器應有承受壓力所必須的 小迭層厚度 , 并要求進行試驗。
e) 注意材料的相容性 , 實踐證明 inconel 合金是波紋補償器耐高溫高壓的較好材料。
f) 波紋補償器的焊接質量應有工藝評定和焊接記錄。
g) 作為節流用的波紋補償器閥應考慮流速對波紋補償器的影響。
波紋補償器具有一定的剛度 , 應考慮波紋補償器拉伸或壓縮時引起的操作力矩的增加。
4 結語
波紋補償器閥門工藝復雜 , 尺寸較大 , 價格較高 , 但在外泄漏要求嚴格的場合有著常規閥門不可替代的功能。為保證波紋補償器閥門的預期壽命 , 波紋補償器閥門設計和制造時應嚴格按有關規定和工藝參數的要求 , 同時也必須與波紋補償器制造商很好的溝通 , 并且每一臺閥門須經嚴格檢驗 , 才能生產出 的波紋補償器閥門。
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