Разширено инженерство за дизайн на сферичен кран API6D
Проектирането и методологията на леене са от голямо значение за качеството и продължителността на живота на вентила. При разработването и производството на клапани, използвани в нефтената и газовата промишленост, като API6D сферичните кранове, тези методологии влияят положително върху процеса на разработване на приложения, включително статичен анализ, анализ на потока и леене, като същевременно гарантират валидирането и надеждността на продуктите.
Вентилите се използват в различни индустрии, включително петрол, природен газ, химикали, корабоплаване и други, за да се осигури безопасен контрол на потока. Различни типове вентили са разработени въз основа на тръбопроводите, в които се използват, свойствата на флуидите и условията на околната среда.
Производството и валидирането на тези вентили в съответствие с международните стандарти и разпоредби е от решаващо значение за спазването на производствените и екологичните изисквания, както и за осигуряване на безопасността на потребителите. Стандартът API6D, създаден от Американския петролен институт, определя изискванията към тръбопроводите и клапаните, използвани в тях. Вентилите, използвани в тръбопроводите за нефт и природен газ, трябва да бъдат произведени така, че да отговарят на всички изисквания, като се имат предвид както химичните свойства на флуидите, така и тяхната икономическа стойност.
Тази статия има за цел да опише усъвършенстваната инженерна работа, включена в етапите на проектиране и производство на сферични кранове, съвместими с API6D, които са проектирани, произведени и тествани в нашата компания. Той също така обяснява дефектите на леене, открити по време на производствената фаза, и подобренията, направени в методологията на леене.
Процес на проектиране на вентила
Вентилите, в зависимост от сектора, в който се използват, могат да бъдат изложени на условия като високо налягане, корозивни среди, високи температури и др. Следователно вентилите трябва да бъдат проектирани и произведени, като се вземат предвид тези условия. Поради трудните условия на работа и сложните геометрии, някои клапани се произвеждат чрез методи на леене. Трудностите и ограниченията, присъщи на процеса на леене, както и международните стандарти, изискванията на клиента и работните условия, трябва да бъдат взети под внимание по време на фазата на проектиране.
Сферичните кранове, разработени в това проучване, са проектирани да отговарят на изискванията на стандарта за проектиране API6D и други референтни стандарти като ASME B16.10, ASME B16.5 и ASME B16.34.
По време на процеса на проектиране, механичните свойства на ASTM A216 Gr. Качествената лята въглеродна стомана WCB, която беше избрана за материал на тялото, беше тествана чрез тестове за опън и твърдост. Въз основа на тези данни бяха извършени проектни изчисления и анализ. Бяха извършени статични анализи на компоненти, изложени на натиск, като тялото, сферата и капака, за да се изследват натоварванията и деформациите, изпитвани от тези части. Въз основа на получените резултати беше установено, че натоварванията, приложени към компонентите, са под границата на провлачване на материала, което показва, че дизайнът е много подходящ по отношение на налягането. Симулациите за статичен анализ бяха настроени на 1,5 пъти работното налягане на вентила (19,6 бара), което съответства на 29,4~30 бара, както е посочено в стандартите. Проектните изчисления са извършени в съответствие с изискванията, посочени в стандартите API6D и ASME B16.34. Данните, получени от тези изчисления, са в съответствие с резултатите от симулации на статичен анализ, проведени на компютъра. В резултат на тези усилия дизайнът е теоретично валидиран и е разработен дизайн на клапана, който осигурява максимална ефективност при работни условия. Цялата работа, извършена на този етап, беше документирана, което доведе до създаването на проектен пакет.
След завършване на окончателната работа по проектиране, процесът на производство на модела за частите на тялото и капака, които ще бъдат произведени по метода на леене, е стартиран. В този процес бяха създадени данни за модела с допуски за машинна обработка и свиване, предоставени съгласно стандартните изисквания на EN 8062-3. За да се поддържа максимална производствена ефективност по време на фазата на проектиране, количеството на машинно обработените повърхности е сведено до минимум. Този процес обаче беше извършен по начин, който не повлия неблагоприятно на качеството на продукта в съответствие със стандартните изисквания.
Проучвания за разработване на метода на леене
Проведени са симулации на леене, за да се предотвратят дефекти като свиване и газова порьозност, както и отрицателни ефекти като вътрешни напрежения в частите на тялото и капака, които ще бъдат произведени с помощта на методи за леене в пясък. В допълнение към тези симулации бяха извършени изчисления на фидера и разстоянието на фидера, за да се поддържа продуктивно съотношение Net/Brute и да се осигури високо-качествено леене. Градиенти на втвърдяване и симулации на пълнене с разтопена стомана бяха извършени с помощта на Novacast. Конструкциите на захранващото устройство и плъзгача бяха оптимизирани въз основа на тези симулации, което доведе до разработването на оптимален метод за леене.
Бяха направени подобрения в дизайна въз основа на симулации на леене, за да се осигури насочено втвърдяване и да се сведе до минимум вероятността от горещи точки. Цялата симулационна работа беше щателно документирана и включена в проектния пакет.
Освен това бяха създадени и документирани формуляри за метода на леене, за да се определят хранилки, пясъчни смеси и системи за охлаждане, с цел да се предотврати объркване по време на производствената фаза.
Целта на тези усилия е да се постигне високо{0}}качествено производство с ниски нива на скрап, като се използва разработеният модел и метод за отливане. Преди симулацията на леене и изчислителните проучвания бяха наблюдавани горещи точки и кухини на свиване в регионите, посочени във визуалните изображения на отливките. Не-тестване с разрушаване (NDT) беше извършено на отливките преди симулацията и несъответствията, идентифицирани в симулацията, бяха конкретно открити. Кухини при свиване се появяват в области, отдалечени от хранилките и където височината на модула е висока. Освен това, поради турбуленция по време на пълненето на матрицата, бяха наблюдавани газови кухини в различни точки на частите. Всички тези прекъсвания бяха открити чрез тестове за течно проникване и радиографски инспекции, извършени като част от работата по NDT. Съответните области на частите бяха разделени, за да се потвърдят тези несъответствия. По-долу са споделени изображения на частите, които са изследвани с помощта на въглеродна-електронна микроскопия след NDT тестовете.
В резултат на NDT и симулационни проучвания бяха генерирани нови данни за модела, насочени към проблеми като насочено втвърдяване, което може да създаде дефекти. След създаването на новите данни бяха разрешени грешки като свиване и газови кухини в отливките.
Процес на тестване и валидиране
След завършване на фазите на леене, механична обработка и сглобяване, вентилите трябва да бъдат тествани, за да се гарантира, че отговарят на съответните стандартни изисквания. Съгласно изискванията на стандарта за проектиране API6D, вентилите трябва да бъдат подложени на тестове за налягане и течове. Разработените прототипни клапани преминаха успешно тестове за налягане и течове, проведени при 1,5 пъти работното налягане (19,6 бара), което е приблизително 29,4~30 бара. Теоретично изчислените стойности на въртящия момент при отваряне и затваряне също бяха измерени и проверени по време на фазата на изчисление на проекта. В допълнение към тестовете, извършени на самия клапан, бяха проведени тестове на опън, химични анализи, тестове за твърдост и други тестове на подкомпонентите, използвани във вентилния възел, за да се гарантира, че всички стандартни изисквания са изпълнени.
Примерно изображение на модела
Заключение
Това проучване имаше за цел да обясни приноса на съвременните компютърно-подпомогнати инженерни приложения и положителните ефекти от съвременните процеси за разработване на продукти, в допълнение към традиционните техники за разработване на продукти. Изчисленията на метода на проектиране и леене бяха валидирани с помощта на симулационни програми за създаване на най-подходящия метод на проектиране и производство. Данните, получени от изчисления и симулации, бяха конкретно тествани и валидирани след производството на прототип. В резултат на тези усилия са разработени високо{4}}качествени и-дълготрайни сферични кранове API6D, които напълно отговарят на стандартите, изискванията на пазара и клиентите.
Развитие и бъдеща перспектива
Напредъкът в технологиите за разтопена сол води до значителни иновации в производството на вентили, особено за приложения за концентрирана слънчева енергия (CSP). Тези подобрения изискват клапани, способни да издържат на екстремни температури, корозивни среди и строги работни условия.