Skystas vandenilis turi tam tikrų pranašumų saugant ir transportuojant. Palyginti su vandeniliu, skystas vandenilis (LH2) yra didesnio tankio ir jam laikyti reikalingas mažesnis slėgis. Tačiau vandenilis turi būti -253 °C temperatūroje, kad taptų skystas, o tai reiškia, kad tai padaryti gana sunku. Dėl itin žemos temperatūros ir degumo rizikos skystas vandenilis yra pavojinga terpė. Dėl šios priežasties griežtos saugos priemonės ir didelis patikimumas yra bekompromisiai reikalavimai projektuojant vožtuvus atitinkamoms reikmėms.
Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velano vožtuvas (Velanas)
Skysto vandenilio (LH2) panaudojimas.
Šiuo metu skystas vandenilis naudojamas ir bandoma jį naudoti įvairiomis ypatingomis progomis. Aviacijos ir kosmoso pramonėje jis gali būti naudojamas kaip raketų paleidimo kuras, taip pat gali generuoti smūgines bangas transoniniuose vėjo tuneliuose. Remiantis „didžiuoju mokslu“, skystas vandenilis tapo pagrindine medžiaga superlaidžiosiose sistemose, dalelių greitintuvuose ir branduolių sintezės įrenginiuose. Augant žmonių troškimui tvaraus vystymosi, pastaraisiais metais skystą vandenilį kaip kurą naudoja vis daugiau sunkvežimių ir laivų. Aukščiau pateiktuose taikymo scenarijuose vožtuvų svarba yra akivaizdi. Saugus ir patikimas vožtuvų veikimas yra neatsiejama skysto vandenilio tiekimo grandinės ekosistemos (gamybos, transportavimo, saugojimo ir paskirstymo) dalis. Su skystu vandeniliu susijusios operacijos yra sudėtingos. Turėdama daugiau nei 30 metų praktinės patirties ir žinių didelio našumo vožtuvų, kurių temperatūra siekia -272 °C, srityje, „Velan“ jau ilgą laiką dalyvauja įvairiuose novatoriškuose projektuose ir akivaizdu, kad savo stiprybėmis ji įveikė techninius skysto vandenilio aptarnavimo iššūkius.
Iššūkiai projektavimo etape
Slėgis, temperatūra ir vandenilio koncentracija yra pagrindiniai veiksniai, nagrinėjami atliekant vožtuvo konstrukcijos rizikos vertinimą. Siekiant optimizuoti vožtuvo veikimą, lemiamą vaidmenį atlieka konstrukcija ir medžiagų parinkimas. Skysto vandenilio taikymuose naudojami vožtuvai susiduria su papildomais iššūkiais, įskaitant neigiamą vandenilio poveikį metalams. Esant labai žemai temperatūrai, vožtuvų medžiagos turi ne tik atlaikyti vandenilio molekulių ataką (kai kurie susiję gedimo mechanizmai vis dar diskutuojami akademinėje bendruomenėje), bet ir ilgą laiką išlaikyti normalų veikimą per visą savo gyvavimo ciklą. Atsižvelgiant į dabartinį technologinės plėtros lygį, pramonė turi ribotas žinias apie nemetalinių medžiagų pritaikomumą vandenilio taikymuose. Renkantis sandarinimo medžiagą, būtina atsižvelgti į šį veiksnį. Efektyvus sandarinimas taip pat yra pagrindinis projektavimo našumo kriterijus. Tarp skysto vandenilio ir aplinkos temperatūros (kambario temperatūros) yra beveik 300 °C temperatūros skirtumas, todėl susidaro temperatūros gradientas. Kiekvienas vožtuvo komponentas skirtingai šiluminiu būdu plėsis ir susitrauks. Šis neatitikimas gali sukelti pavojingą svarbių sandarinimo paviršių nuotėkį. Vožtuvo koto sandarumas taip pat yra pagrindinis projekto akcentas. Perėjimas nuo šalto prie karšto temperatūros sukuria šilumos srautą. Karštos gaubto ertmės srities dalys gali užšalti, o tai gali sutrikdyti koto sandarumą ir paveikti vožtuvo veikimą. Be to, itin žema -253 °C temperatūra reiškia, kad reikalinga geriausia izoliacijos technologija, siekiant užtikrinti, kad vožtuvas galėtų išlaikyti skystą vandenilį šioje temperatūroje, kartu sumažinant virimo metu atsirandančius nuostolius. Kol skystam vandeniliui bus perduodama šiluma, jis išgaruos ir pradės tekėti. Negana to, izoliacijos lūžio vietoje vyksta deguonies kondensacija. Kai deguonis liečiasi su vandeniliu ar kitomis degiomis medžiagomis, padidėja gaisro rizika. Todėl, atsižvelgiant į gaisro riziką, su kuria gali susidurti vožtuvai, vožtuvai turi būti projektuojami atsižvelgiant į sprogimui atsparias medžiagas, taip pat ugniai atsparius pavaros mechanizmus, prietaisus ir kabelius, turinčius griežčiausius sertifikatus. Tai užtikrina, kad vožtuvas tinkamai veiktų kilus gaisrui. Padidėjęs slėgis taip pat yra potenciali rizika, dėl kurios vožtuvai gali tapti neveikiantys. Jei vožtuvo korpuso ertmėje yra įstrigęs skystas vandenilis ir tuo pačiu metu vyksta šilumos perdavimas bei skysto vandenilio garavimas, tai padidins slėgį. Jei yra didelis slėgio skirtumas, atsiranda kavitacija (kavitacija) / triukšmas. Šie reiškiniai gali lemti priešlaikinę vožtuvo eksploatavimo pabaigą ir netgi didelius nuostolius dėl proceso defektų. Nepriklausomai nuo konkrečių eksploatavimo sąlygų, jei projektavimo procese bus visapusiškai atsižvelgta į aukščiau išvardytus veiksnius ir imtasi atitinkamų atsakomųjų priemonių, tai gali užtikrinti saugų ir patikimą vožtuvo veikimą. Be to, kyla projektavimo iššūkių, susijusių su aplinkosaugos problemomis, tokiomis kaip nekontroliuojamas nuotėkis. Vandenilis yra unikali medžiaga: mažos molekulės, bespalvis, bekvapis ir sprogus. Šios savybės lemia absoliutų nulinio nuotėkio būtinybę.
Šiaurės Las Vegaso vakarinės pakrantės vandenilio suskystinimo stotyje
„Wieland Valve“ inžinieriai teikia technines paslaugas
Vožtuvų sprendimai
Nepriklausomai nuo konkrečios funkcijos ir tipo, visų skysto vandenilio taikymo sritys vožtuvai turi atitikti tam tikrus bendruosius reikalavimus. Šie reikalavimai apima: konstrukcinės dalies medžiaga turi užtikrinti, kad konstrukcijos vientisumas būtų išlaikytas esant itin žemai temperatūrai; visos medžiagos turi pasižymėti natūraliomis priešgaisrinėmis savybėmis. Dėl tos pačios priežasties skysto vandenilio vožtuvų sandarinimo elementai ir tarpikliai taip pat turi atitikti aukščiau paminėtus pagrindinius reikalavimus. Austenitinis nerūdijantis plienas yra ideali medžiaga skysto vandenilio vožtuvams. Jis pasižymi puikiu smūgio stiprumu, minimaliais šilumos nuostoliais ir gali atlaikyti didelius temperatūros gradientus. Yra ir kitų medžiagų, kurios taip pat tinka skysto vandenilio sąlygoms, tačiau yra apsiribojančios specifinėmis proceso sąlygomis. Be medžiagų pasirinkimo, nereikėtų pamiršti ir kai kurių konstrukcinių detalių, tokių kaip vožtuvo koto prailginimas ir oro kolonėlės naudojimas sandarinimo tarpikliui apsaugoti nuo itin žemos temperatūros. Be to, vožtuvo koto prailginimas gali būti aprūpintas izoliaciniu žiedu, kad būtų išvengta kondensacijos. Vožtuvų projektavimas pagal konkrečias taikymo sąlygas padeda rasti pagrįstesnius sprendimus įvairiems techniniams iššūkiams. „Vellan“ siūlo dviejų skirtingų konstrukcijų drugelio vožtuvus: dvigubo ekscentrinio ir trigubo ekscentrinio metalinio lizdo drugelio vožtuvus. Abi konstrukcijos turi dvikrypčio srauto galimybę. Suprojektavus disko formą ir sukimosi trajektoriją, galima pasiekti sandarų sandarumą. Vožtuvo korpuse nėra ertmių, kuriose nebūtų likutinės terpės. Dvigubo ekscentrinio „Velan“ drugelio vožtuvo atveju naudojamas disko ekscentrinio sukimosi dizainas kartu su išskirtine „VELFLEX“ sandarinimo sistema, kad būtų pasiektas puikus vožtuvo sandarumo efektyvumas. Ši patentuota konstrukcija gali atlaikyti net didelius vožtuvo temperatūros svyravimus. Trigubas ekscentrinis „TORQSEAL“ diskas taip pat turi specialiai suprojektuotą sukimosi trajektoriją, kuri padeda užtikrinti, kad disko sandarinimo paviršius liestųsi su lizdu tik uždarymo metu ir nesubraižytų. Todėl vožtuvo uždarymo sukimo momentas gali stumti diską, kad jis būtų sandarus, ir sukurti pakankamą pleišto efektą uždaroje vožtuvo padėtyje, tuo pačiu užtikrinant, kad diskas tolygiai liestųsi su visu lizdo sandarinimo paviršiaus perimetru. Vožtuvo lizdo lankstumas leidžia vožtuvo korpusui ir diskui atlikti „savaiminio reguliavimo“ funkciją, taip išvengiant disko užstrigimo temperatūros svyravimų metu. Sustiprintas nerūdijančio plieno vožtuvo velenas gali atlaikyti daug darbo ciklų ir sklandžiai veikia labai žemoje temperatūroje. Dvigubo ekscentrinio „VELFLEX“ konstrukcija leidžia greitai ir lengvai aptarnauti vožtuvą internetu. Dėl šoninio korpuso lizdą ir diską galima apžiūrėti arba aptarnauti tiesiogiai, nereikia išardyti pavaros ar naudoti specialių įrankių.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdpalaiko itin pažangios technologijos elastingo sandarinimo vožtuvus, įskaitant elastingo sandarinimo vožtuvusVaflinis drugelio vožtuvas, Lug drugelio vožtuvas, Dvigubo flanšo koncentrinis drugelio vožtuvas, Dvigubo flanšo ekscentrinis drugelio vožtuvas,Y formos filtras, balansinis vožtuvas,Dvigubos plokštelės atbulinis vožtuvasir kt.
Įrašo laikas: 2023 m. rugpjūčio 11 d.
