Technologie d'étanchéité Un bref historique du développement des facteurs ASME M et Y

Technologie d'étanchéité - Un bref historique du développement des facteurs ASME M et Y

En tant que dirigeant Fabricant de soupape de porte parallèle en titane en Chine, nous reconnaissons l'importance des facteurs de joint ASME (American Society of Mechanical Engineers), qui ont été appliqués dans le domaine de la conception de la bride depuis plus de 80 ans. Malgré cette longue histoire, peu sont conscients de l'histoire de développement derrière ces facteurs. Cet article reviendra vers les premières applications et fournira une explication approfondie des étapes évolutives qui ont suivi.

La principale source d'informations pour cet article est le navire de pression de publication et la conception de la tuyauterie de l'ASME, qui comprend une série d'articles techniques écrits entre 1927 et 1959. De plus, des données techniques contemporaines sont incorporées. Bien que l'article équilibre les perspectives historiques et modernes, elle ne discrédite pas non plus; Il met plutôt en évidence l'application des facteurs ASME pertinents et introduit les technologies de conception plus avancées d'aujourd'hui.

Les facteurs de joint ASME sont largement utilisés dans la conception des brides depuis plus de huit décennies, mais leur histoire de développement reste relativement inconnue. Cet article vise à découvrir les origines et l'évolution ultérieure en détail.

Concept abstrait

Le consensus de l'industrie soutient que sous une pression de travail spécifique du système, il existe une relation proportionnelle particulière entre la contrainte de l'unité de joint nécessaire pour obtenir un étanchéité efficace et la pression de fonctionnement du système. Cette relation peut être définie comme le rapport de pression articulaire, considéré comme un coefficient de définition potentiel utile dans la conception des bride.

Les auteurs de publications ASME ont spécifiquement noté que, bien que ce concept soit abstrait, il a été largement appliqué dans la conception de la bride. À partir de ce concept, deux facteurs ont été développés: la contrainte d'assemblage initiale Y (anciennement appelé le facteur de rendement) et le rapport de contact (chevauchement) M. Plus précisément, ces deux facteurs ont ensuite été recommandés comme données de référence non obligatoires, utilisables dans la conception de la bride pour estimer les charges de boulons dans deux scénarios différents.

Limites

Les auteurs de constantes de charge de joint (publiées en 1943) ont souligné que le concept ci-dessus a généralement eu un impact positif lorsqu'il est appliqué dans la conception des bride. Cependant, des critiques existent également, portant principalement sur les lacunes révélées dans l'application des facteurs M et Y.

Le mécanisme d'étanchéité des joints n'a pas encore été entièrement élucidé, et des facteurs tels que les variations de température du joint n'ont pas été pris en compte dans les coefficients susmentionnés. Les auteurs de l'époque ont reconnu que «les règles de conception de joints actuellement utilisées représentent une solution extrêmement simplifiée à un problème complexe. Une seule partie des effets fondamentaux les plus importants a été pris en compte.»

Il y avait également d'autres commentaires à l'époque indiquant que les expériences ont montré que les valeurs M et Y n'étaient pas réellement des constantes. Certaines voix ont suggéré que l'ASME devrait publier des méthodes spécifiques pour déterminer les valeurs M et Y, mais cela n'a pas été agi.

Points de confusion

Dans les joints et les joints boulonnés (1950), l'auteur a souligné: «Ce qui est déroutant, c'est qu'après avoir examiné certaines littérature technique américaine pertinente, j'ai constaté qu'aucun article n'avait étudié les conditions d'étanchéité des joints boulonnés par analyse théorique ou expérimentation.»

L'auteur de ce livre a également exprimé un espoir pour une procédure de test formelle afin de mieux définir le concept abstrait de l'efficacité d'étanchéité. Il a en outre noté que la meilleure façon de définir l'efficacité de l'étanchéité des articulations est basée sur des taux de fuite maximaux admissibles, des critères connexes et correspondant à des milieux spécifiques.

Des années plus tard, cet article a contribué à l'émergence du concept de classes d'étanchéité. La norme de test EN 13555 catégorise les classes d'étanchéité comme L1.0, L0.1, L0.01, etc. Le groupe de tests de joint de vaisseau de pression les catégorise comme la classe 1, la classe 2, la classe 3, etc. Markl s'est opposé, indiquant que l'intention originale du comité de conception introduisant les facteurs M et Y était principalement d'améliorer la conception de la résistance à la bride.

Étanchéité

Aujourd'hui, les procédures de tests de joints formelles permettent une analyse scientifique des propriétés du joint et clarifient leur relation avec les conditions de fonctionnement. L'étanchéité des joints doit être soutenue par des calculs et des données. En Europe, l'étanchéité des joints est une préoccupation clé de la conception des joints de bride, ayant été incorporée dans la norme de conception de la bride (EN1591-1) dès 2001.

Malheureusement, les pratiques aux États-Unis diffèrent. Bien que les procédures d'essai de tension formelle de joints aient été introduites il y a plus de 25 ans, les experts familiers avec le domaine savent que le US Pressut Vessel Research Council (PVRC) a fourni une méthode de calcul basée sur la tenue pour les charges de boulons sur les joints de bride jointes (méthode PVRC). La figure 1 montre les courbes de test basées sur la norme EN 13555, démontrant les valeurs de contrainte de joint correspondant à une atteinte à des niveaux d'étanchéité spécifiques.

La figure 2 montre le graphique de la relation constante des tests en PVRC. La figure illustre également la relation proportionnelle spécifique entre l'étanchéité et le stress du joint. Les paramètres liés à l'étanchéité incluent A, GB et GS, qui peuvent représenter des valeurs ou des classes d'étanchéité particulières. Le milieu d'essai pour les deux figures 1 et 2 est l'hélium gazeux. Lorsque vous utilisez d'autres milieux, des ajustements doivent être effectués pour le poids moléculaire et la viscosité en conséquence.

Confort avec les normes ASTM

Pour incorporer les paramètres de charge de boulons basés sur l'étanchéité dans les codes de navires de pression ASME, ASME a établi un groupe de travail spécial. Dans la troisième édition d'une introduction à la conception et au comportement des articulations boulonnées (Copyr Greffed 1995), l'auteur a recommandé de recommander la méthode de calcul basée sur l'étanchéité susmentionnée en normes ASME en 1995.

Étonnamment, à partir de 2022, cette recommandation n'a pas encore été réalisée, même si certaines sociétés de l'industrie connaissent depuis longtemps et ont appliqué la méthode de calcul de la charge de boulons basée sur la tendre depuis des décennies; Pour l'auteur, cela fait plus de vingt ans, sans parler même plus d'ailleurs.

Pour les ingénieurs, l'une des raisons d'adopter la méthode de calcul basée sur l'étanchéité est que les charges de boulons dérivées des facteurs M et Y ne sont pas toujours satisfaisantes. Dans certains cas, la charge requise dépasse les valeurs dérivées de m et y facteurs.

De toute évidence, la méthode de calcul basée sur l'étanchéité entre en conflit quelque peu avec les normes ASME existantes. L'ASME a reconnu cela et a apporté des corrections dans la section VIII, division 1, annexe non obligatoire, considérations de conception pour les joints de bride boulonnés. Le comité reconnaît également que les charges de boulons dérivées de M et Y sont insuffisantes pour garantir les besoins en étanchéité des joints et en fuite. Un extrait de l'annexe indique: «… clairement, lors du resserrement des boulons, dans certains cas, il est nécessaire d'utiliser une précharge de boulon initiale supérieure à la valeur de conception…»

Toujours non résolu

En résumé, les facteurs M et Y ont un effet positif sur l'étanchéité des joints de bride boulonnés et sont utilisés depuis de nombreuses années. Cependant, aujourd'hui, un certain nombre d'ingénieurs utilisent des normes ASME tout en reconnaissant la fiabilité et les avantages d'étanchéité des charges de boulons basées sur l'étanchéité. Ils se trouvent à décider quelle norme suivre en fonction de leur propre jugement. Pour mieux comprendre la relation entre les taux de fuite de bride (et / ou l'étanchéité) et les facteurs M et Y, des recherches techniques approfondies ont été menées dans l'industrie. Malheureusement, les connaissances acquises, y compris les efforts du groupe de travail spécial ASME, n'ont pas encore été officiellement incorporés dans le code des navires de pression.

Pour de nombreux concepteurs de bride ASME, les charges de boulons basées sur l'étanchéité restent un concept vague. De plus, ils manquent de conseils faisant autorité sur la classe de tendre correspond à des médias spécifiques.

Combler les lacunes

Il est tout aussi difficile de déterminer dans quelle mesure la «charge trop conçue» peut dépasser la valeur de conception dans des conditions spécifiques repose toujours sur le jugement subjectif du concepteur. On espère que ces lacunes seront bientôt abordées.

En ce qui concerne l'évaluation et la prévention des émissions fugitives, la technologie moderne peut - ou plutôt devrait - gérer cela efficacement. Cependant, les facteurs M et Y et les méthodes de calcul connexes, répertoriés en bonne place dans EN 13480-3 ou EN 13445-3, n'aident pas les concepteurs à assurer l'étanchéité du joint ou à réduire efficacement les émissions fugitifs par conception de joints de bride. Comparativement, seuls les algorithmes de EN 1591-1 combinés avec des caractéristiques du joint de EN 13555 peuvent donner des résultats plus satisfaisants.