Сучасні розробки для дизайну кульового крана API6D

Методологія проектування та лиття має велике значення для якості та терміну служби клапана. При розробці та виробництві клапанів, що використовуються в нафтовій і газовій промисловості, таких як кульові крани API6D, ці методології позитивно впливають на процес розробки додатків, включаючи статичний аналіз, аналіз течії та лиття, одночасно забезпечуючи валідацію та надійність продукції.

Клапани використовуються в різних галузях промисловості, включаючи нафтову, газову, хімічну, морську та інші, для забезпечення безпечного контролю потоку. Було розроблено різні типи клапанів залежно від трубопроводів, у яких вони використовуються, властивостей рідин і умов навколишнього середовища.

Виробництво та перевірка цих клапанів відповідно до міжнародних стандартів і правил має вирішальне значення для виконання як виробничих, так і екологічних вимог, а також для забезпечення безпеки користувача. Стандарт API6D, встановлений Американським інститутом нафти, визначає вимоги до трубопроводів і клапанів, які в них використовуються. Клапани, які використовуються в трубопроводах для нафти та природного газу, повинні бути виготовлені відповідно до всіх вимог, враховуючи як хімічні властивості рідин, так і їхню економічну цінність.

Ця стаття має на меті описати передову інженерну роботу, пов’язану з етапами проектування та розробки виробництва кульових кранів, сумісних з API6D, які розроблені, виготовлені та перевірені в нашій компанії. Він також пояснює дефекти лиття, які виникли на етапі виробництва, і вдосконалення методології лиття.

Процес проектування клапана

Клапани, залежно від галузі, в якій вони використовуються, можуть піддаватися впливу таких умов, як високий тиск, корозійне середовище, високі температури тощо. Тому клапани повинні бути розроблені та виготовлені з урахуванням цих умов. Через складні умови експлуатації та складну геометрію деякі клапани виготовляються методом лиття. Труднощі та обмеження, властиві процесу лиття, а також міжнародні стандарти, вимоги замовника та умови експлуатації повинні бути прийняті до уваги на етапі проектування.

Кульові крани, розроблені в цьому дослідженні, були розроблені відповідно до вимог стандарту проектування API6D та інших посилальних стандартів, таких як ASME B16.10, ASME B16.5 та ASME B16.34.

У процесі проектування механічні властивості ASTM A216 Gr. Лита вуглецева сталь якості WCB, яка була обрана як матеріал корпусу, була перевірена за допомогою випробувань на розтяг і твердість. На основі цих даних були проведені проектні розрахунки та аналіз. Було проведено статичний аналіз компонентів, що піддаються тиску, таких як корпус, сфера та кришка, щоб дослідити навантаження та деформації, які відчувають ці частини. На підставі отриманих результатів було визначено, що навантаження, прикладені до компонентів, нижчі за межу текучості матеріалу, що вказує на те, що конструкція дуже підходить з точки зору тиску. Симуляції статичного аналізу були встановлені на 1,5-кратний робочий тиск клапана (19,6 бар), що відповідає 29,4~30 бар, як зазначено в стандартах. Проектні розрахунки виконані відповідно до вимог стандартів API6D та ASME B16.34. Дані, отримані в результаті цих розрахунків, узгоджуються з результатами моделювання статичного аналізу, проведеного на комп’ютері. У результаті цих зусиль було теоретично підтверджено конструкцію та розроблено конструкцію клапана, яка забезпечує максимальну ефективність у робочих умовах. Всі роботи, виконані на цьому етапі, були задокументовані, результатом чого стало створення проектного пакету.

Після завершення фінальних конструкторських робіт було розпочато процес виробництва моделі кузова та капота, які будуть виготовлені методом лиття. У цьому процесі дані моделі були створені з допуском на механічну обробку та усадку відповідно до вимог стандарту EN 8062-3. Для підтримки максимальної ефективності виробництва на етапі проектування кількість оброблених поверхонь була зведена до мінімуму. Однак цей процес проводився таким чином, щоб не вплинуло негативно на якість продукції відповідно до вимог стандарту.

Дослідження розвитку методу лиття

Було проведено моделювання лиття, щоб запобігти дефектам, таким як усадка та газова пористість, а також негативним ефектам, таким як внутрішні напруги, у частинах корпусу та капота, які будуть виготовлені за допомогою методів лиття в пісок. На додаток до цього моделювання було виконано розрахунок фідера та відстані до фідера, щоб підтримувати продуктивне співвідношення нетто/брут і забезпечити високу-якісне лиття. Градієнти затвердіння та моделювання заповнення розплавленою сталлю проводили за допомогою Novacast. На основі цих симуляцій було оптимізовано конструкції живильника та канавки, що призвело до розробки оптимального методу лиття.

У конструкцію було внесено вдосконалення на основі моделювання лиття, щоб забезпечити спрямоване затвердіння та мінімізувати ймовірність гарячих точок. Усі роботи з моделювання були ретельно задокументовані та включені до пакету проектування.

Крім того, були створені та задокументовані форми методу лиття для визначення живильників, сумішей піску та систем охолодження, щоб запобігти плутанині на етапі виробництва.

Метою цих зусиль є досягнення високо-якісного виробництва з низьким рівнем браку за допомогою розробленої моделі та методу лиття. До моделювання лиття та розрахункових досліджень спостерігалися гарячі точки та усадочні порожнини в областях, зазначених у візуальних зображеннях литих деталей. Перед моделюванням було проведено не-руйнівний контроль (NDT) литих деталей, і розбіжності, виявлені під час моделювання, були конкретно виявлені. Порожнини усадки виникали в областях, віддалених від фідерів і де висота модуля була високою. Крім того, через турбулентність під час заповнення прес-форми спостерігалися газові порожнини в різних точках деталей. Усі ці розриви були виявлені за допомогою рідких проникаючих випробувань і радіографічних перевірок, проведених у рамках роботи з НК. Для підтвердження цих розбіжностей відповідні ділянки частин були розділені. Нижче наведено зображення деталей, досліджених за допомогою вуглецевої-електронної мікроскопії після випробувань НК.

У результаті досліджень НК і моделювання були створені нові модельні дані, що стосуються таких проблем, як спрямоване затвердіння, яке може створити дефекти. Після створення нових даних були усунені такі помилки, як усадка та газові порожнини в литих частинах.

Процес тестування та перевірки

Після завершення етапів лиття, механічної обробки та складання клапани повинні бути перевірені, щоб переконатися, що вони відповідають відповідним стандартним вимогам. Згідно з вимогами стандарту проектування API6D, клапани повинні пройти випробування на тиск і герметичність. Розроблені прототипи клапанів успішно пройшли випробування на тиск і герметичність, проведені при тиску, що в 1,5 рази перевищує робочий тиск (19,6 бар), що становить приблизно 29,4-30 бар. Теоретично розраховані значення моменту відкривання та закривання також були виміряні та перевірені на етапі розрахунку проекту. На додаток до випробувань самого клапана, випробування на розтягування, хімічний аналіз, випробування на твердість та інші випробування були проведені на підкомпонентах, які використовуються в зборі клапана, щоб переконатися, що всі стандартні вимоги відповідають.

Приклад зображення моделі

Висновок

Це дослідження мало на меті пояснити внесок прогресивних комп’ютерних -додатків розробки та позитивний вплив сучасних процесів розробки продукту на додаток до традиційних методів розробки продукту. Розрахунки методу проектування та лиття були перевірені за допомогою програм моделювання для створення найбільш прийнятного методу проектування та виробництва. Дані, отримані в результаті розрахунків і моделювання, були конкретно перевірені та перевірені після виготовлення прототипу. У результаті цих зусиль було розроблено високоякісні-та довговічні кульові крани API6D, які повністю відповідають стандартам, вимогам ринку та клієнтів.

Події та перспективи на майбутнє

Удосконалення технологій розплавленої солі стимулює значні інновації в арматурній промисловості, особливо для застосувань концентрованої сонячної енергії (CSP). Ці досягнення вимагають, щоб клапани витримували екстремальні температури, корозійне середовище та суворі умови експлуатації.