Avansert konstruksjon for API6D kuleventildesign

Design og støpemetodikk er av vesentlig betydning for ventilkvalitet og levetid. I utviklingen og produksjonen av ventiler som brukes i olje- og gassindustrien, som API6D kuleventiler, påvirker disse metodene positivt prosessen med å utvikle applikasjoner inkludert statisk, strømnings- og støpeanalyse, samtidig som de sikrer validering og pålitelighet av produktene.

Ventiler brukes på tvers av ulike industrier, inkludert olje, naturgass, kjemikalier, marine og andre, for å sikre sikker strømningskontroll. Ulike typer ventiler er utviklet basert på rørledningene de brukes i, egenskapene til væskene og miljøforhold.

Å produsere og validere disse ventilene i henhold til internasjonale standarder og forskrifter er avgjørende for å oppfylle både produksjons- og miljøkrav, samt sikre brukersikkerhet. API6D-standarden, etablert av American Petroleum Institute, spesifiserer kravene til rørledninger og ventilene som brukes i dem. Ventiler som brukes i olje- og naturgassrørledninger må produseres for å oppfylle alle krav, både med tanke på væskenes kjemiske egenskaper og deres økonomiske verdier.

Denne artikkelen tar sikte på å beskrive det avanserte ingeniørarbeidet som er involvert i design- og produksjonsutviklingsstadiene til API6D-kompatible kuleventiler, som er designet, produsert og testet i selskapet vårt. Den forklarer også støpefeilene som oppstår i produksjonsfasen og forbedringene som er gjort i støpemetodikken.

Ventildesignprosess

Ventiler, avhengig av sektoren de brukes i, kan bli utsatt for forhold som høyt trykk, korrosive miljøer, høye temperaturer og mer. Derfor må ventiler designes og produseres med tanke på disse forholdene. På grunn av de utfordrende driftsforholdene og komplekse geometrier, produseres noen ventiler ved hjelp av støpemetoder. Vanskelighetene og begrensningene som ligger i støpeprosessen, samt internasjonale standarder, kundekrav og driftsforhold, må tas i betraktning under designfasen.

Kuleventilene utviklet i denne studien er designet for å oppfylle kravene til API6D-designstandarden og andre refererte standarder som ASME B16.10, ASME B16.5 og ASME B16.34.

Under designprosessen vil de mekaniske egenskapene til ASTM A216 Gr. Støpt karbonstål av WCB-kvalitet, som ble valgt som kroppsmateriale, ble testet gjennom strekk- og hardhetstester. Det ble utført designberegninger og analysearbeid basert på disse dataene. Statiske analyser ble utført på komponenter utsatt for trykk, slik som kropp, kule og panserdel, for å undersøke belastninger og deformasjoner som disse delene opplever. Basert på de oppnådde resultatene ble det fastslått at belastningene på komponentene er under materialets flytegrense, noe som indikerer at designet er svært egnet med tanke på trykk. Statiske analysesimuleringer ble satt til 1,5 ganger ventilens arbeidstrykk (19,6 Bar), som tilsvarer 29,4~30 Bar, som spesifisert i standardene. Designberegninger er utført i henhold til kravene spesifisert i API6D og ASME B16.34 standarder. Dataene innhentet fra disse beregningene stemmer overens med resultatene av statiske analysesimuleringer utført på datamaskinen. Som et resultat av denne innsatsen har designet blitt teoretisk validert og det er utviklet et ventildesign som sikrer maksimal effektivitet under driftsforhold. Alt arbeid utført på dette stadiet ble dokumentert, noe som resulterte i opprettelsen av en designpakke.

Etter å ha fullført det endelige designarbeidet, ble modellproduksjonsprosessen for karosseri- og panserdelene som skulle produseres ved bruk av støpemetoden igangsatt. I denne prosessen ble modelldata laget med maskinerings- og krympetilskudd gitt i henhold til EN 8062-3-standardkravene. For å opprettholde maksimal produksjonseffektivitet under designfasen ble mengden maskinerte overflater holdt på et minimum. Imidlertid ble denne prosessen utført på en måte som ikke påvirket produktkvaliteten negativt i henhold til standardkravene.

Studier for utvikling av støpemetode

Støpesimuleringer er utført for å forhindre defekter som krymping og gassporøsitet, samt negative effekter som indre påkjenninger, i kropps- og panserdelene som skal produseres ved bruk av sandstøpemetoder. I tillegg til disse simuleringene ble mater- og materavstandsberegninger fullført for å opprettholde et produktivt Net/Brute-forhold og sikre høy-kvalitetsstøping. Størkningsgradienter og fyllingssimuleringer av smeltet stål ble utført ved bruk av Novacast. Mater- og løpedesign ble optimalisert basert på disse simuleringene, noe som førte til utviklingen av en optimal støpemetode.

Det ble gjort forbedringer i designet basert på støpesimuleringer for å sikre retningsbestemt størkning og minimere sannsynligheten for hot spots. Alt simuleringsarbeid ble grundig dokumentert og inkludert i designpakken.

I tillegg ble støpemetodeformer laget og dokumentert for å definere matere, sandblandinger og kjølesystemer, med sikte på å forhindre forvirring i produksjonsfasen.

Målet med denne innsatsen er å oppnå produksjon av høy-kvalitet med lave skraphastigheter ved å bruke den utviklede modellen og støpemetoden. Før støpesimuleringen og beregningsstudiene ble det observert hot spots og krympehulrom i områdene som er angitt i bildene til de støpte delene. Ikke-destruktiv testing (NDT) ble utført på de støpte delene før simuleringen, og avvikene identifisert i simuleringen ble konkret oppdaget. Krymphulrom oppstod i områder fjernt fra matere og hvor modulhøyden var høy. I tillegg, på grunn av turbulens under fyllingen av formen, ble det observert gasshulrom på forskjellige punkter på delene. Alle disse diskontinuitetene ble oppdaget gjennom væskepenetranttester og radiografiske inspeksjoner utført som en del av NDT-arbeidet. De relevante områdene av delene ble seksjonert for å bekrefte disse avvikene. Nedenfor deles bilder av delene, som ble undersøkt med karbon-elektronmikroskopi etter NDT-testene.

Som et resultat av NDT og simuleringsstudier ble det generert nye modelldata, som tar for seg problemer som retningsbestemt størkning som kan skape defekter. Etter opprettelsen av de nye dataene ble feil som svinn og gasshulrom i de støpte delene løst.

Testing og valideringsprosess

Etter å ha fullført støpe-, maskinerings- og monteringsfasene, må ventilene testes for å sikre at de oppfyller de relevante standardkravene. I henhold til API6D-designstandardkravene må ventiler gjennomgå trykk- og lekkasjetester. Prototypeventilene utviklet med suksess besto trykk- og lekkasjetester utført ved 1,5 ganger arbeidstrykket (19,6 Bar), som er omtrent 29,4~30 Bar. De teoretisk beregnede åpnings- og lukkemomentverdiene ble også målt og verifisert under designberegningsfasen. I tillegg til testene utført på selve ventilen, ble det utført strekktester, kjemiske analyser, hardhetstester og andre tester på delkomponentene som brukes i ventilsammenstillingen for å sikre at alle standardkrav ble oppfylt.

Eksempel på modellbilde

Konklusjon

Denne studien hadde som mål å forklare bidragene til avanserte-datastøttede ingeniørapplikasjoner og de positive effektene av moderne produktutviklingsprosesser, i tillegg til tradisjonelle produktutviklingsteknikker. Design- og støpemetodeberegninger ble validert ved hjelp av simuleringsprogrammer for å lage den mest passende design- og produksjonsmetoden. Data innhentet fra beregninger og simuleringer ble konkret testet og validert etter prototypeproduksjon. Som et resultat av denne innsatsen har høy-kvalitet og langvarig-API6D kuleventiler blitt utviklet, som fullt ut oppfyller standarder, markeds- og kundekrav.

Utvikling og fremtidsutsikter

Fremskritt innen teknologi for smeltet salt driver betydelig innovasjon i ventilindustrien, spesielt for applikasjoner med konsentrert solenergi (CSP). Disse fremskrittene krever ventiler som tåler ekstreme temperaturer, korrosive miljøer og strenge driftsforhold.