Sigillando la tecnologia Una breve storia dello sviluppo di fattori ASME M e Y

Tecnologia di sigillatura - Una breve storia dello sviluppo di fattori ASME M e Y

Come leader PRODUTTORE VALVOLA PACE CATULLIO Cina in titanio, Riconosciamo l'importanza dei fattori di guarnizione ASME (American Society of Mechanical Engineers), che sono stati applicati nel campo del design della flangia per oltre 80 anni. Nonostante questa lunga storia, pochi sono consapevoli della storia di sviluppo dietro questi fattori. Questo articolo risale alle prime applicazioni e fornirà una spiegazione approfondita delle fasi evolutive che seguirono.

La principale fonte di informazioni per questo articolo è la nave a pressione di pubblicazione di ASME e il design delle tubazioni, che include una serie di articoli tecnici scritti tra il 1927 e il 1959. Inoltre, sono incorporati dati tecnici contemporanei. Mentre l'articolo bilancia le prospettive storiche e moderne, non scredita nemmeno; Piuttosto, evidenzia l'applicazione di fattori ASME pertinenti e introduce le tecnologie di progettazione più avanzate di oggi.

I fattori di guarnizione ASME sono stati ampiamente utilizzati nella progettazione della flangia per oltre otto decenni, ma la loro storia di sviluppo rimane relativamente sconosciuta. Questo articolo mira a scoprire in dettaglio le origini e la successiva evoluzione.

Concetto astratto

Il consenso del settore sostiene che, sotto una specifica pressione di lavoro del sistema, esiste una particolare relazione proporzionale tra lo stress unitario di guarnizione richiesto per ottenere una tenuta efficace e la pressione operativa del sistema. Questa relazione può essere definita come il rapporto di pressione articolare, considerato un potenziale coefficiente di definizione utile nella progettazione della flangia.

Gli autori delle pubblicazioni ASME hanno specificamente notato che, sebbene questo concetto sia astratto, è stato ampiamente applicato nel design della flangia. Da questo concetto sono stati sviluppati due fattori: lo stress di assemblaggio iniziale Y (precedentemente chiamato fattore di resa) e il rapporto di contatto (sovrapposizione) M. Più precisamente, questi due fattori sono stati successivamente raccomandati come dati di riferimento non mandatoria, utilizzabili nella progettazione della flangia per stimare i carichi di bulloni in due diversi scenari.

Limitazioni

Gli autori delle costanti di carico della guarnizione (pubblicate nel 1943) hanno sottolineato che il concetto di cui sopra ha generalmente avuto un impatto positivo quando applicato nel design della flangia. Tuttavia, esistono anche critiche, affrontando principalmente le carenze rivelate nell'applicazione dei fattori M e Y.

Il meccanismo di tenuta delle guarnizioni non è stato ancora completamente chiarito e fattori come le variazioni di temperatura della guarnizione non sono stati considerati nei coefficienti di cui sopra. Gli autori all'epoca hanno riconosciuto che "le regole di progettazione della guarnizione attualmente utilizzate rappresentano una soluzione estremamente semplificata a un problema complesso. Solo una parte degli effetti fondamentali più importanti è stata presa in considerazione".

All'epoca c'erano anche altri commenti che indicavano che gli esperimenti mostravano che i valori M e Y non erano in realtà costanti. Alcune voci hanno suggerito che ASME dovrebbe pubblicare metodi specifici per determinare i valori M e Y, ma ciò non è stato agito.

Punti di confusione

In Gaskets and Bolted Joints (1950), l'autore ha sottolineato: "Ciò che è sconcertante è che dopo aver esaminato alcune pertinenti letterature tecniche americane, ho scoperto che nessun documento ha studiato le condizioni di sigillatura delle guarnizioni del giunto bullonato attraverso analisi teoriche o sperimentazioni".

L'autore di questo libro ha anche espresso la speranza per una procedura di test formale per definire meglio il concetto astratto di efficacia di sigillatura. Ha inoltre osservato che il modo migliore per definire l'efficacia della sigillatura articolare si basa sui massimi tassi di perdita consentiti, i criteri correlati e corrispondenti a supporti specifici.

Anni dopo, questo documento ha contribuito all'emergere del concetto di lezioni di sigillatura. Lo standard di test EN 13555 classifica le classi di tenuta come L1.0, L0.1, L0.01 e così via. Il gruppo di test della guarnizione del recipiente a pressione li classifica come obiettivo di Classe 1, Classe 2, Classe 3, ecc. Markl, affermando che l'intento originale del Comitato di progettazione che introduceva i fattori M e Y era principalmente per migliorare la progettazione della resistenza alla flangia.

Tenuta della guarnizione

Oggi, le procedure formali di test della guarnizione consentono l'analisi scientifica delle proprietà della guarnizione e chiariscono la loro relazione con le condizioni operative. La tenuta della guarnizione deve essere supportata da calcoli e dati. In Europa, la tenuta della guarnizione è una preoccupazione chiave nella progettazione delle articolazioni della flangia, essendo stata incorporata nello standard di progettazione della flangia di base (EN1591-1) già nel 2001.

Sfortunatamente, le pratiche negli Stati Uniti differiscono. Sebbene le procedure di test della tenuta formale della guarnizione siano state introdotte oltre 25 anni fa, gli esperti che hanno familiarità con il campo sanno che il Consiglio di ricerca sulla nave a pressione degli Stati Uniti (PVRC) ha fornito un metodo di calcolo basato sulla tenuta per i carichi di bulloni sui giunti della flangia della guarnizione (metodo PVRC). La Figura 1 mostra le curve di prova in base allo standard EN 13555, dimostrando i valori di sollecitazione della guarnizione corrispondenti al raggiungimento di livelli di tenuta specifici.

La Figura 2 mostra il grafico delle relazioni costanti dai test PVRC. La figura illustra anche la relazione proporzionale specifica tra tenuta e stress della guarnizione. I parametri relativi alla tenuta includono A, GB e GS, che possono rappresentare particolari valori o classi di tenuta. Il mezzo di prova per entrambe le figure 1 e 2 è gas elio. Quando si utilizzano altri supporti, è necessario apportare regolamenti per il peso molecolare e la viscosità di conseguenza.

Conflitto con gli standard ASTM

Per incorporare i parametri di carico del bullone basati sulla tenuta nei codici del vaso di pressione ASME, ASME ha stabilito uno speciale gruppo di lavoro. Nella terza edizione di un'introduzione alla progettazione e al comportamento dei giunti imbullonati (Copyrighted 1995), l'autore ha raccomandato, incluso il suddetto metodo di calcolo basato sulla tenuta negli standard ASME nel 1995.

Sorprendentemente, a partire dal 2022, questa raccomandazione non è stata ancora realizzata, anche se alcune aziende del settore hanno familiarità a lungo e hanno applicato il metodo di calcolo del carico del bullone basato sulla tenuta per decenni; Per l'autore, questo è passato più di vent'anni, per non parlare ancora di più altrove.

Per gli ingegneri, uno dei motivi per l'adozione del metodo di calcolo basato sulla tenuta è che i carichi di bulloni derivati dai fattori M e Y non sono sempre soddisfacenti. In alcuni casi, il carico richiesto supera i valori derivati da fattori m e y.

Ovviamente, il metodo di calcolo basato sulla tensione è in qualche modo in conflitto con gli standard ASME esistenti. ASME ha riconosciuto questo e apportato correzioni nella Sezione VIII, Divisione 1, Appendice non obbligatoria S-Considerazioni di progettazione per giunti flange imbullonati. Il comitato riconosce inoltre che i carichi di bulloni derivati da fattori M e Y non sono sufficienti per garantire la tenuta della guarnizione e i requisiti del tasso di perdita. Un estratto dall'appendice afferma: "... chiaramente, quando si stringono i bulloni, in alcuni casi è necessario utilizzare un precarico iniziale di bullone superiore al valore di progettazione..."

Ancora irrisolto

In sintesi, i fattori M e Y hanno un effetto positivo sulla tenuta articolare flangiata e sono in uso per molti anni. Tuttavia, oggi un certo numero di ingegneri utilizzano gli standard ASME, riconoscendo anche l'affidabilità e i benefici della tenuta dei carichi di bulloni basati sulla tenuta. Si trovano a dover decidere quale standard seguire in base al proprio giudizio. Per comprendere meglio la relazione tra i tassi di perdita della flangia (e/o la tenuta) e i fattori M e Y, nel settore sono state condotte una vasta ricerca tecnica. Sfortunatamente, le conoscenze acquisite, compresi gli sforzi di ASME Special Working Group, devono ancora essere ufficialmente incorporate nel codice della nave a pressione.

Per molti designer di flange ASME, i carichi di bulloni basati sulla tenuta rimangono un concetto vago. Inoltre, mancano di una guida autorevole su cui la classe di tensione corrisponde a media specifici.

Colmare le lacune

Altrettanto imbarazzante è che determinare quanto il "carico eccessivo" può superare il valore di progettazione in condizioni specifiche si basa ancora sul giudizio soggettivo del progettista. Si spera che queste carenze saranno presto affrontate.

Per quanto riguarda la valutazione e la prevenzione delle emissioni fuggitive, la tecnologia moderna può - o meglio dovrebbe - gestirlo in modo efficace. Tuttavia, i fattori M e Y e i relativi metodi di calcolo, elencati in modo prominente in EN 13480-3 o EN 13445-3, non aiutano i progettisti a garantire la tenuta della guarnizione o ridurre efficacemente le emissioni fuggitive attraverso la progettazione dell'articolazione della flangia. Comparativamente, solo gli algoritmi in EN 1591-1 combinati con le caratteristiche della guarnizione da EN 13555 possono produrre risultati più soddisfacenti.