Täiustatud tehnika API6D kuulventiili disaini jaoks
Projekteerimise ja valamise metoodika on klapi kvaliteedi ja eluea jaoks olulise tähtsusega. Nafta- ja gaasitööstuses kasutatavate ventiilide (nt API6D kuulventiilid) väljatöötamisel ja tootmisel mõjutavad need metoodikad positiivselt rakenduste, sealhulgas staatilise, voolu- ja valuanalüüsi väljatöötamise protsessi, tagades samal ajal toodete valideerimise ja töökindluse.
Ohutu voolu juhtimise tagamiseks kasutatakse ventiile erinevates tööstusharudes, sealhulgas nafta, maagaasi, kemikaalide, merenduse ja muudes tööstusharudes. Erinevat tüüpi ventiilid on välja töötatud lähtuvalt torujuhtmetest, milles neid kasutatakse, vedelike omadustest ja keskkonnatingimustest.
Nende ventiilide tootmine ja valideerimine vastavalt rahvusvahelistele standarditele ja eeskirjadele on ülioluline nii tootmis- kui keskkonnanõuete täitmiseks ning kasutajate ohutuse tagamiseks. American Petroleum Institute’i poolt kehtestatud standard API6D määrab nõuded torustikule ja neis kasutatavatele ventiilidele. Nafta- ja maagaasitorustikes kasutatavad ventiilid peavad olema valmistatud nii, et need vastaksid kõikidele nõuetele, arvestades nii vedelike keemilisi omadusi kui ka majanduslikke väärtusi.
Selle artikli eesmärk on kirjeldada meie ettevõttes projekteeritud, toodetud ja testitud API6D-ga ühilduvate kuulventiilide projekteerimise ja tootmise arendamisetappidega seotud täiustatud inseneritööd. Samuti selgitatakse tootmisfaasis ilmnenud valamisdefekte ja valumetoodikas tehtud täiustusi.
Klapi projekteerimise protsess
Olenevalt sektorist, kus neid kasutatakse, võivad ventiilid kokku puutuda selliste tingimustega nagu kõrge rõhk, söövitav keskkond, kõrge temperatuur ja palju muud. Seetõttu tuleb ventiilid projekteerida ja toota neid tingimusi arvestades. Keeruliste töötingimuste ja keeruka geomeetria tõttu toodetakse mõned ventiilid valumeetodite abil. Valamisprotsessiga kaasnevaid raskusi ja piiranguid, samuti rahvusvahelisi standardeid, kliendi nõudeid ja töötingimusi tuleb projekteerimisetapis arvesse võtta.
Selles uuringus välja töötatud kuulventiilid on projekteeritud nii, et need vastaksid API6D projekteerimisstandardi ja muude viidatud standardite, nagu ASME B16.10, ASME B16.5 ja ASME B16.34, nõuetele.
Projekteerimise käigus analüüsiti ASTM A216 Gr mehaanilisi omadusi. Kere materjaliks valitud WCB kvaliteediga valatud süsinikterast testiti tõmbe- ja kõvadustestidega. Nende andmete põhjal viidi läbi projekteerimisarvutused ja analüüsitööd. Staatilised analüüsid viidi läbi rõhu all olevatele komponentidele, nagu kere, kera ja kapotiosa, et uurida nende osade koormusi ja deformatsioone. Saadud tulemuste põhjal tehti kindlaks, et komponentidele rakendatavad koormused jäävad alla materjali voolavuspiiri, mis näitab, et konstruktsioon on surve seisukohalt väga sobiv. Staatilise analüüsi simulatsioonid määrati 1,5-kordsele ventiili töörõhule (19,6 baari), mis vastab 29,4–30 baarile, nagu on ette nähtud standardites. Projekteerimisarvutused on teostatud vastavalt API6D ja ASME B16.34 standardites toodud nõuetele. Nendest arvutustest saadud andmed ühtivad arvutis tehtud staatilise analüüsi simulatsioonide tulemustega. Nende jõupingutuste tulemusena on konstruktsioon teoreetiliselt kinnitatud ja välja töötatud klapikonstruktsioon, mis tagab töötingimustes maksimaalse efektiivsuse. Kõik selles etapis tehtud tööd dokumenteeriti, mille tulemusena koostati disainipakett.
Peale lõplike projekteerimistööde tegemist alustati valumeetodil valmistatavate kere- ja kapotiosade mudelitootmisprotsessiga. Selle protsessi käigus loodi mudeliandmed töötlemis- ja kokkutõmbumisvarudega vastavalt EN 8062-3 standardi nõuetele. Maksimaalse tootmise efektiivsuse säilitamiseks projekteerimisetapis viidi töödeldud pindade hulk miinimumini. See protsess viidi aga läbi viisil, mis ei mõjutanud negatiivselt toote kvaliteeti vastavalt standardnõuetele.
Valamismeetodi arendusuuringud
Valamise simulatsioonid on läbi viidud, et vältida selliseid defekte nagu kokkutõmbumine ja gaasi poorsus, aga ka negatiivseid mõjusid, nagu sisemised pinged, kerele ja kapotiosadele, mida toodetakse liivvalumeetoditega. Lisaks nendele simulatsioonidele viidi lõpule söötja ja söötja kauguse arvutused, et säilitada produktiivne võrgu/jälgede suhe ja tagada kõrge{1}kvaliteetne ülekandmine. Tahkestumise gradiendid ja sulaterasest täitmise simulatsioonid viidi läbi Novacasti abil. Sööturi ja jooksja konstruktsioonid optimeeriti nende simulatsioonide põhjal, mis viis optimaalse valumeetodi väljatöötamiseni.
Valamise simulatsioonidel põhinevat disaini täiustati, et tagada suunatud tahkumine ja minimeerida kuumade kohtade tekkimise tõenäosust. Kõik simulatsioonitööd dokumenteeriti põhjalikult ja lisati projekteerimispaketti.
Lisaks loodi ja dokumenteeriti valumeetodi vormid, et määratleda söötjad, liivasegud ja jahutussüsteemid, et vältida segadust tootmisfaasis.
Nende jõupingutuste eesmärk on väljatöötatud mudeli ja valumeetodi abil saavutada kõrge{0}}kvaliteetne tootmine madala praagi määraga. Enne valamise simulatsiooni ja arvutusuuringuid täheldati valatud osade visuaalides näidatud piirkondades kuumi kohti ja kokkutõmbumisõõnsusi. Valatud osadele viidi enne simulatsiooni läbi mittepurustav testimine (NDT) ja simulatsioonis tuvastatud lahknevused tuvastati konkreetselt. Kahanemisõõnsused tekkisid sööturitest kaugemal asuvates piirkondades, kus mooduli kõrgus oli kõrge. Lisaks täheldati vormi täitmisel tekkinud turbulentsi tõttu osade erinevates kohtades gaasiõõnesid. Kõik need katkestused tuvastati vedelikku läbitungivate testide ja radiograafiliste kontrollide abil, mis viidi läbi NDT töö raames. Nende lahknevuste kinnitamiseks lõigati osade asjakohased piirkonnad osadeks. Allpool on jagatud pilte osadest, mida uuriti süsinik-elektronmikroskoopiaga pärast NDT-teste.
NDT ja simulatsiooniuuringute tulemusel genereeriti uued mudeliandmed, mis käsitlesid selliseid probleeme nagu suunaline tahkumine, mis võib tekitada defekte. Pärast uute andmete loomist lahendati sellised vead nagu kokkutõmbumine ja gaasiõõnsused valatud osades.
T estimis- ja valideerimisprotsess
Pärast valu-, töötlus- ja montaažifaasi lõppu tuleb klappe testida, et tagada nende vastavus asjakohastele standardinõuetele. Vastavalt API6D projekteerimisstandardi nõuetele peavad ventiilid läbima rõhu- ja lekketestid. Väljatöötatud prototüüpventiilid läbisid edukalt rõhu- ja lekketestid, mis viidi läbi 1,5-kordse töörõhuga (19,6 baari), mis on ligikaudu 29,4–30 baari. Teoreetiliselt arvutatud avamis- ja sulgemismomendi väärtused mõõdeti ja kontrolliti ka projekteerimisarvutuse etapis. Lisaks ventiili enda katsetele viidi läbi ventiilisõlmes kasutatud alamkomponentide tõmbekatsed, keemilised analüüsid, kõvaduse testid ja muud katsed, et tagada kõigi standardnõuete täitmine.
Näidismudeli pilt
Järeldus
Selle uuringu eesmärk oli lisaks traditsioonilistele tootearendustehnikatele selgitada täiustatud arvuti{0}}tehniliste rakenduste panust ja kaasaegsete tootearendusprotsesside positiivset mõju. Projekteerimis- ja valumeetodi arvutused valideeriti simulatsiooniprogrammide abil, et luua sobivaim projekteerimis- ja tootmismeetod. Arvutuste ja simulatsioonidega saadud andmeid testiti konkreetselt ja kinnitati pärast prototüübi tootmist. Nende jõupingutuste tulemusena on välja töötatud kvaliteetsed ja kauakestvad API6D kuulventiilid, mis vastavad täielikult standarditele, turu ja klientide nõuetele.
Arengud ja tulevikuväljavaated
Sulasoola tehnoloogiate edusammud toovad kaasa olulisi uuendusi klapitööstuses, eriti kontsentreeritud päikeseenergia (CSP) rakendustes. Need edusammud nõuavad ventiile, mis suudavad taluda äärmuslikke temperatuure, söövitavat keskkonda ja rangeid töötingimusi.