Напредни инжењеринг за дизајн кугличног вентила АПИ6Д
Пројектовање и методологија ливења су од великог значаја за квалитет вентила и животни век. У развоју и производњи вентила који се користе у индустрији нафте и гаса, као што су куглични вентили АПИ6Д, ове методологије позитивно утичу на процес развоја апликација укључујући статичку анализу, анализу протока и ливења, док истовремено обезбеђују валидацију и поузданост производа.
Вентили се користе у различитим индустријама, укључујући нафту, природни гас, хемикалије, поморство и друге, како би се осигурала сигурна контрола протока. Различити типови вентила су развијени на основу цевовода у којима се користе, својстава флуида и услова околине.
Производња и валидација ових вентила у складу са међународним стандардима и прописима је кључна за испуњавање и производних и еколошких захтева, као и за сигурност корисника. Стандард АПИ6Д, који је успоставио Амерички институт за нафту, прецизира захтеве за цевоводе и вентиле који се у њима користе. Вентили који се користе у цевоводима за нафту и природни гас морају бити произведени тако да испуњавају све захтеве, узимајући у обзир и хемијска својства флуида и њихову економску вредност.
Овај чланак има за циљ да опише напредне инжењерске радове укључене у фазе пројектовања и развоја производње кугличних вентила усклађених са АПИ6Д, који су дизајнирани, произведени и тестирани у нашој компанији. Такође објашњава недостатке ливења на које се сусрећу током фазе производње и побољшања у методологији ливења.
Процес пројектовања вентила
Вентили, у зависности од сектора у коме се користе, могу бити изложени условима као што су високи притисак, корозивна окружења, високе температуре и друго. Стога, вентили морају бити пројектовани и произведени узимајући у обзир ове услове. Због изазовних услова рада и сложене геометрије, неки вентили се производе методом ливења. Потешкоће и ограничења својствена процесу ливења, као и међународни стандарди, захтеви купаца и услови рада, морају се узети у обзир током фазе пројектовања.
Кугласти вентили развијени у овој студији су дизајнирани да испуне захтеве стандарда за дизајн АПИ6Д и других референтних стандарда као што су АСМЕ Б16.10, АСМЕ Б16.5 и АСМЕ Б16.34.
Током процеса пројектовања, механичка својства АСТМ А216 Гр. Квалитетан ливени угљенични челик ВЦБ, који је изабран као материјал каросерије, тестиран је тестовима затезања и тврдоће. На основу ових података извршени су пројектни прорачуни и анализа. Извршене су статичке анализе компоненти изложених притиску, као што су тело, сфера и део хаубе, како би се испитала оптерећења и деформације које су ови делови доживели. На основу добијених резултата утврђено је да су оптерећења која се примењују на компоненте испод границе течења материјала, што указује да је конструкција веома погодна у погледу притиска. Симулације статичке анализе су постављене на 1,5 пута већи радни притисак вентила (19,6 бара), што одговара 29,4~30 бара, како је наведено у стандардима. Пројектни прорачуни су извршени у складу са захтевима наведеним у стандардима АПИ6Д и АСМЕ Б16.34. Подаци добијени овим прорачунима усклађени су са резултатима симулација статичке анализе спроведене на рачунару. Као резултат ових напора, дизајн је теоретски валидиран и развијен је дизајн вентила који обезбеђује максималну ефикасност у условима рада. Сви радови обављени у овој фази су документовани, што је резултирало креирањем пакета дизајна.
Након завршетка завршног пројекта, започет је процес производње модела за делове каросерије и хаубе који ће се производити методом ливења. У овом процесу, креирани су подаци о моделу са додатком обраде и скупљања у складу са захтевима стандарда ЕН 8062-3. Да би се одржала максимална ефикасност производње током фазе пројектовања, количина обрађених површина је сведена на минимум. Међутим, овај процес је спроведен на начин који није негативно утицао на квалитет производа у складу са захтевима стандарда.
Студије развоја методе ливења
Симулације ливења су спроведене да би се спречили дефекти као што су скупљање и порозност гаса, као и негативни ефекти као што су унутрашњи напони, у деловима тела и поклопца који ће се производити методом ливења у песак. Поред ових симулација, завршени су прорачуни растојања довода и фидера да би се одржао продуктиван однос Нето/Бруте и обезбедио-квалитетно бацање. Градијент очвршћавања и симулације пуњења растопљеног челика су изведене коришћењем Новацаст-а. На основу ових симулација оптимизовани су дизајн улагача и клизача, што је довело до развоја оптималне методе ливења.
Направљена су побољшања у дизајну на основу симулација ливења како би се обезбедило усмерено очвршћавање и смањила вероватноћа врућих тачака. Сав рад на симулацији је пажљиво документован и укључен у пакет дизајна.
Поред тога, креирани су и документовани обрасци метода ливења да би се дефинисали хранилице, мешавине песка и системи за хлађење, са циљем да се спречи забуна током фазе производње.
Циљ ових напора је постизање високог{0}}квалитетне производње са ниским стопама отпада коришћењем развијеног модела и методе ливења. Пре симулације ливења и прорачунских студија, уочене су вруће тачке и шупљине скупљања у регионима назначеним у визуелним приказима ливених делова. Не-тестирање без разарања (НДТ) је извршено на ливеним деловима пре симулације, а одступања идентификована у симулацији су конкретно откривена. Шупљине скупљања су се појавиле у областима удаљеним од довода и где је висина модула била велика. Додатно, услед турбуленције током пуњења калупа, уочене су гасне шупљине на различитим местима на деловима. Сви ови дисконтинуитети су откривени кроз течне пенетрантске тестове и радиографске инспекције обављене у оквиру НДТ рада. Релевантне области делова су подељене како би се потврдила ова неслагања. У наставку се деле слике делова који су прегледани помоћу угљеничне-електронске микроскопије након НДТ тестова.
Као резултат НДТ и симулационих студија, генерисани су нови подаци о моделу који се баве питањима као што је усмерено очвршћавање које би могло да створи дефекте. Након креирања нових података, отклоњене су грешке као што су скупљање и гасне шупљине у ливеним деловима.
Процес тестирања и валидације
Након завршетка фаза ливења, машинске обраде и монтаже, вентили се морају тестирати како би се осигурало да испуњавају релевантне стандардне захтеве. Према захтевима стандарда за дизајн АПИ6Д, вентили морају бити подвргнути тестовима притиска и цурења. Развијени прототип вентила је успешно прошао тестове притиска и цурења при 1,5 пута већем од радног притиска (19,6 бара), што је приближно 29,4~30 бара. Теоретски израчунате вредности обртног момента отварања и затварања су такође измерене и верификоване током фазе пројектовања. Поред испитивања која су обављена на самом вентилу, на подкомпонентама које се користе у склопу вентила спроведена су испитивања затезања, хемијске анализе, тестови тврдоће и друга испитивања како би се осигурало да су испуњени сви стандардни захтеви.
Пример слике модела
Закључак
Ова студија је имала за циљ да објасни доприносе напредних инжењерских апликација{0}}потпомогнутих рачунаром и позитивне ефекте савремених процеса развоја производа, поред традиционалних техника развоја производа. Прорачуни методе пројектовања и ливења су валидирани коришћењем симулационих програма како би се креирао најпогоднији метод пројектовања и производње. Подаци добијени из прорачуна и симулација су конкретно тестирани и валидирани након производње прототипа. Као резултат ових напора, развијени су високо-квалитетни и дуготрајни- АПИ6Д куглични вентили, који у потпуности испуњавају стандарде, захтеве тржишта и купаца.
Развој и изгледи за будућност
Напредак у технологијама растаљене соли покреће значајне иновације у индустрији вентила, посебно за апликације концентрисане соларне енергије (ЦСП). Ова унапређења захтевају вентиле способне да издрже екстремне температуре, корозивна окружења и ригорозне услове рада.