Pažangi API6D rutulinių vožtuvų projektavimo inžinerija
Projektavimo ir liejimo metodika turi didelę reikšmę vožtuvo kokybei ir tarnavimo laikui. Kuriant ir gaminant vožtuvus, naudojamus naftos ir dujų pramonėje, pvz., API6D rutulinius vožtuvus, šios metodikos teigiamai veikia programų kūrimo procesą, įskaitant statinę, srauto ir liejimo analizę, tuo pačiu užtikrinant produktų patvirtinimą ir patikimumą.
Vožtuvai naudojami įvairiose pramonės šakose, įskaitant naftą, gamtines dujas, chemikalus, jūrą ir kt., siekiant užtikrinti saugų srauto valdymą. Įvairių tipų vožtuvai buvo sukurti atsižvelgiant į vamzdynus, kuriuose jie naudojami, skysčių savybes ir aplinkos sąlygas.
Šių vožtuvų gamyba ir patvirtinimas pagal tarptautinius standartus ir reglamentus yra labai svarbus tiek gamybos, tiek aplinkosaugos reikalavimų atitikimui, taip pat naudotojų saugumo užtikrinimui. API6D standartas, nustatytas Amerikos naftos instituto, nusako reikalavimus vamzdynams ir juose naudojamiems vožtuvams. Naftos ir gamtinių dujų vamzdynuose naudojami vožtuvai turi būti pagaminti taip, kad atitiktų visus reikalavimus, atsižvelgiant tiek į skysčių chemines savybes, tiek į ekonomines vertes.
Šio straipsnio tikslas – aprašyti pažangius inžinerinius darbus, susijusius su API6D atitinkančių rutulinių vožtuvų projektavimo ir gamybos kūrimo etapais, kurie yra projektuojami, gaminami ir išbandomi mūsų įmonėje. Taip pat paaiškinami liejimo defektai, atsiradę gamybos etape, ir liejimo metodikos patobulinimai.
Vožtuvų projektavimo procesas
Vožtuvai, priklausomai nuo sektoriaus, kuriame jie naudojami, gali būti veikiami tokiomis sąlygomis kaip aukštas slėgis, korozinė aplinka, aukšta temperatūra ir kt. Todėl vožtuvai turi būti suprojektuoti ir pagaminti atsižvelgiant į šias sąlygas. Dėl sudėtingų eksploatavimo sąlygų ir sudėtingos geometrijos kai kurie vožtuvai gaminami liejimo būdu. Projektavimo etape reikia atsižvelgti į sunkumus ir apribojimus, būdingus liejimo procesui, taip pat į tarptautinius standartus, klientų reikalavimus ir eksploatavimo sąlygas.
Šiame tyrime sukurti rutuliniai vožtuvai buvo sukurti taip, kad atitiktų API6D projektavimo standarto ir kitų nurodytų standartų, tokių kaip ASME B16.10, ASME B16.5 ir ASME B16.34, reikalavimus.
Projektavimo proceso metu ASTM A216 Gr mechaninės savybės. WCB kokybės liejamas anglinis plienas, kuris buvo pasirinktas kaip kėbulo medžiaga, buvo išbandytas tempimo ir kietumo bandymais. Remiantis šiais duomenimis atlikti projektiniai skaičiavimai ir analizės darbai. Siekiant ištirti šių dalių patiriamas apkrovas ir deformacijas, buvo atliekamos slėgį paveiktų komponentų, tokių kaip korpusas, rutulys ir variklio dangčio dalis, statinės analizės. Remiantis gautais rezultatais, nustatyta, kad komponentams taikomos apkrovos yra mažesnės už medžiagos takumo ribą, o tai rodo, kad konstrukcija yra labai tinkama slėgiui. Statinės analizės modeliavimas buvo nustatytas 1,5 karto didesniam už vožtuvo darbinį slėgį (19,6 baro), o tai atitinka 29,4–30 barų, kaip nurodyta standartuose. Projektiniai skaičiavimai atlikti pagal API6D ir ASME B16.34 standartuose nurodytus reikalavimus. Šių skaičiavimų metu gauti duomenys sutampa su kompiuteriu atlikto statinės analizės modeliavimo rezultatais. Dėl šių pastangų konstrukcija buvo teoriškai patvirtinta ir sukurta vožtuvo konstrukcija, užtikrinanti maksimalų efektyvumą eksploatacinėmis sąlygomis. Visi šiame etape atlikti darbai buvo dokumentuoti, todėl buvo sukurtas dizaino paketas.
Atlikus baigiamuosius projektavimo darbus, pradėtas liejimo būdu gaminamų kėbulo ir variklio dangčio dalių modelių gamybos procesas. Šiame procese modelio duomenys buvo sukurti su apdirbimo ir susitraukimo leidimais pagal EN 8062-3 standarto reikalavimus. Siekiant išlaikyti maksimalų gamybos efektyvumą projektavimo etape, apdirbamų paviršių kiekis buvo sumažintas iki minimumo. Tačiau šis procesas buvo atliktas taip, kad nebūtų neigiamos įtakos gaminio kokybei pagal standartinius reikalavimus.
Liejimo metodo kūrimo studijos
Liejimo modeliavimas buvo atliktas siekiant išvengti defektų, tokių kaip susitraukimas ir dujų poringumas, taip pat neigiamo poveikio, pavyzdžiui, vidinių įtempimų, korpuso ir variklio dangčio dalyse, kurios bus gaminamos naudojant smėlio liejimo metodus. Be šių modeliavimų, buvo atlikti tiektuvo ir tiektuvo atstumo skaičiavimai, siekiant išlaikyti produktyvų tinklo ir bruto santykį ir užtikrinti aukštą{1}}lietimo kokybę. Kietėjimo gradientai ir išlydyto plieno užpildymo modeliavimas buvo atliktas naudojant Novacast. Remiantis šiais modeliavimais, buvo optimizuoti tiektuvų ir bėgių konstrukcijos, todėl buvo sukurtas optimalus liejimo metodas.
Buvo atlikti konstrukcijos patobulinimai, pagrįsti liejimo modeliavimu, siekiant užtikrinti kryptingą kietėjimą ir sumažinti karštųjų taškų tikimybę. Visi modeliavimo darbai buvo kruopščiai dokumentuoti ir įtraukti į projektavimo paketą.
Be to, buvo sukurtos ir dokumentuotos liejimo metodo formos, skirtos apibrėžti tiektuvus, smėlio mišinius ir aušinimo sistemas, siekiant išvengti painiavos gamybos etape.
Šių pastangų tikslas – pasiekti aukštos{0}}kokybės produkciją su mažu laužo kiekiu, naudojant sukurtą modelį ir liejimo metodą. Prieš atliekant liejimo modeliavimo ir skaičiavimo tyrimus, liejamų dalių vaizduose nurodytose srityse buvo pastebėtos karštosios vietos ir susitraukimo ertmės. Neardomasis bandymas (NDT) buvo atliktas liejamoms dalims prieš modeliavimą, o modeliavimo metu nustatyti neatitikimai buvo konkrečiai aptikti. Susitraukimo ertmės susidarė toli nuo tiektuvų ir kur buvo didelis modulio aukštis. Be to, dėl turbulencijos užpildant formą, įvairiose dalių vietose buvo pastebėtos dujų ertmės. Visi šie nutrūkimai buvo nustatyti atliekant skysčių įsiskverbimo testus ir radiografinius patikrinimus, atliktus kaip NDT darbo dalis. Atitinkamos dalių sritys buvo suskirstytos, kad būtų patvirtinti šie neatitikimai. Toliau pateikiami dalių, kurios po NDT bandymų buvo ištirtos naudojant anglies{9}elektronų mikroskopiją, vaizdais.
Atlikus NDT ir modeliavimo tyrimus, buvo sukurti nauji modelio duomenys, sprendžiantys tokias problemas kaip kryptingas kietėjimas, dėl kurio gali atsirasti defektų. Sukūrus naujus duomenis, buvo išspręstos tokios klaidos kaip susitraukimas ir dujų ertmės liejamose dalyse.
T testavimo ir patvirtinimo procesas
Užbaigus liejimo, apdirbimo ir surinkimo fazes, vožtuvai turi būti išbandyti, siekiant užtikrinti, kad jie atitinka atitinkamus standartinius reikalavimus. Pagal API6D projektavimo standarto reikalavimus vožtuvams turi būti atlikti slėgio ir sandarumo bandymai. Sukurti vožtuvų prototipai sėkmingai išlaikė slėgio ir nuotėkio bandymus, atliktus 1,5 karto didesniu už darbinį slėgį (19,6 baro), o tai yra maždaug 29,4–30 baro. Teoriškai apskaičiuotos atidarymo ir uždarymo sukimo momento vertės taip pat buvo išmatuotos ir patikrintos projektinio skaičiavimo etape. Siekiant užtikrinti, kad būtų laikomasi visų standartinių reikalavimų, buvo atlikti ne tik paties vožtuvo bandymai, bet ir vožtuvo sąrankoje naudojamų sudedamųjų dalių tempimo bandymai, cheminės analizės, kietumo bandymai ir kiti bandymai.
Pavyzdinis modelio vaizdas
Išvada
Šiuo tyrimu buvo siekiama paaiškinti ne tik tradicinių produktų kūrimo metodų, bet ir pažangių kompiuterinių{0}}inžinerinių programų indėlį ir teigiamą šiuolaikinių produktų kūrimo procesų poveikį. Projektavimo ir liejimo metodų skaičiavimai buvo patvirtinti naudojant modeliavimo programas, siekiant sukurti tinkamiausią projektavimo ir gamybos metodą. Skaičiavimu ir modeliavimu gauti duomenys buvo konkrečiai išbandyti ir patvirtinti po prototipo pagaminimo. Dėl šių pastangų buvo sukurti aukštos-kokybės ir ilgalaikiai{5}} API6D rutuliniai vožtuvai, visiškai atitinkantys standartus, rinkos ir klientų reikalavimus.
Pokyčiai ir ateities perspektyvos
Išlydytos druskos technologijų pažanga skatina svarbias naujoves vožtuvų pramonėje, ypač koncentruotos saulės energijos (CSP) srityse. Šiai pažangai reikalingi vožtuvai, galintys atlaikyti ekstremalias temperatūras, korozinę aplinką ir griežtas darbo sąlygas.