Tecnologia de vedação Uma breve história do desenvolvimento de fatores ASME M e Y

Tecnologia de vedação - uma breve história do desenvolvimento de fatores ASME M e Y

Como uma liderança Fabricante de válvula de porta paralela de titânio da China, reconhecemos a importância da ASME (Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos) fatores de junta, que foram aplicados no campo do projeto de flange há mais de 80 anos. Apesar dessa longa história, poucos estão cientes da história de desenvolvimento por trás desses fatores. Este artigo remontará às primeiras aplicações e fornecerá uma explicação aprofundada dos estágios evolutivos que se seguiram.

A principal fonte de informação para este artigo é o vaso de pressão da ASME da publicação e o design da tubulação, que inclui uma série de trabalhos técnicos escritos entre 1927 e 1959. Além disso, os dados técnicos contemporâneos são incorporados. Enquanto o artigo equilibra perspectivas históricas e modernas, ele também não desacredita; Em vez disso, destaca a aplicação de fatores relevantes da ASME e apresenta hoje as tecnologias de design mais avançadas.

Os fatores de junta da ASME têm sido amplamente utilizados no design do flange há mais de oito décadas, mas seu histórico de desenvolvimento permanece relativamente desconhecido. Este artigo tem como objetivo descobrir as origens e a evolução subsequente em detalhes.

Conceito abstrato

O consenso da indústria sustenta que, sob uma pressão de trabalho específica do sistema, existe uma relação proporcional específica entre a tensão da unidade de junta necessária para alcançar a vedação eficaz e a pressão operacional do sistema. Esse relacionamento pode ser definido como a taxa de pressão articular, considerada um coeficiente definidor de potencial útil no design do flange.

Os autores das publicações da ASME observaram especificamente que, embora esse conceito seja abstrato, ela foi amplamente aplicada no design do flange. A partir desse conceito, dois fatores foram desenvolvidos: a tensão inicial da montagem (anteriormente chamada de fator de rendimento) e a taxa de contato (sobreposição) M. Mais precisamente, esses dois fatores foram posteriormente recomendados como dados de referência não obrigatórios, utilizáveis no design do flange para estimar cargas de parafusos em dois cenários diferentes.

Limitações

Os autores das constantes de carga de junta (publicadas em 1943) apontaram que o conceito acima geralmente teve um impacto positivo quando aplicado no design do flange. No entanto, também existem críticas, abordando principalmente as deficiências reveladas na aplicação dos fatores M e Y.

O mecanismo de vedação das juntas ainda não foi totalmente elucidado, e fatores como variações de temperatura da junta não foram considerados nos coeficientes acima mencionados. Os autores na época reconheceram que "as regras de design de juntas atualmente usadas representam uma solução extremamente simplificada para um problema complexo. Apenas uma parte dos efeitos fundamentais mais importantes foi levada em consideração".

Houve também outros comentários na época indicando que os experimentos mostraram que os valores de M e Y não eram realmente constantes. Algumas vozes sugeriram que a ASME publicasse métodos específicos para determinar os valores M e Y, mas isso não foi atuado.

Pontos de confusão

Nas juntas e articulações parafusadas (1950), o autor apontou: “O que é intrigante é que, depois de revisar alguma literatura técnica americana relevante, descobri que nenhum artigo estudou as condições de vedação das juntas articuladas por meio de análise teórica ou experimentação.”

O autor deste livro também expressou uma esperança de um procedimento formal de teste para definir melhor o conceito abstrato de eficácia de vedação. Ele observou ainda que a melhor maneira de definir a eficácia de vedação conjunta é baseada nas taxas máximas de vazamento permitidas, critérios relacionados e correspondentes a meios específicos.

Anos depois, este artigo contribuiu para o surgimento do conceito de aulas de vedação. O padrão de teste EN 13555 categoriza as classes de vedação como L1.0, L0.1, L0.01 e assim por diante. O grupo de testes de gaxeta de junta de pressão os categoriza como Classe 1, Classe 2, Classe 3, etc. Markl se opôs, afirmando que a intenção original do comitê de design que introduz os fatores M e Y era principalmente para melhorar o projeto de força do flange.

Tensão da junta

Hoje, os procedimentos formais de teste de junta permitem análises científicas das propriedades da junta e esclarecem seu relacionamento com as condições operacionais. O aperto da junta precisa ser suportado por cálculos e dados. Na Europa, a tensão da junta é uma preocupação fundamental no projeto da articulação do flange, tendo sido incorporado ao padrão básico de design do flange (EN1591-1) desde 2001.

Infelizmente, as práticas nos Estados Unidos diferem. Embora os procedimentos formais de teste de rigidez da junta tenham sido introduzidos há mais de 25 anos, especialistas familiarizados com o campo sabem que o Conselho de Pesquisa dos Vasos de Pressão dos EUA (PVRC) forneceu um método de cálculo baseado em aperto para cargas de parafusos nas juntas de flange com vedação (método PVRC). A Figura 1 mostra as curvas de teste com base no padrão EN 13555, demonstrando os valores de tensão da junta correspondentes à obtenção de níveis específicos de aperto.

A Figura 2 mostra o gráfico de relacionamento constante dos testes do PVRC. A figura também ilustra a relação proporcional específica entre aperto e tensão de junta. Os parâmetros relacionados à tensão incluem A, GB e GS, que podem representar valores ou classes de tensão específicos. O meio de teste para as figuras 1 e 2 é o gás de hélio. Ao usar outros meios, devem ser feitos ajustes para peso molecular e viscosidade de acordo.

Conflito com os padrões ASTM

Para incorporar parâmetros de carga de parafuso baseados em aperto nos códigos de vasos de pressão da ASME, a ASME estabeleceu um grupo de trabalho especial. Na terceira edição de uma introdução ao design e comportamento das articulações aparafusadas (direitos autorais de 1995), o autor recomendou, incluindo o método de cálculo baseado em tensão baseado acima mencionado nos padrões da ASME em 1995.

Surpreendentemente, a partir de 2022, essa recomendação ainda não foi realizada, embora algumas empresas do setor estejam familiarizadas e tenham aplicado o método de cálculo de carga de parafuso baseado em aperto há décadas; Para o autor, já faz mais de vinte anos, sem mencionar ainda mais em outros lugares.

Para os engenheiros, um motivo para adotar o método de cálculo baseado em aperto é que as cargas de parafusos derivadas dos fatores M e Y nem sempre são satisfatórias. Em alguns casos, a carga necessária excede os valores derivados de fatores M e Y.

Obviamente, o método de cálculo baseado em aperto entra um pouco com os padrões da ASME existentes. A ASME reconheceu isso e fez correções na seção VIII, Divisão 1, Apêndice S não obrigatórios-Considerações de design para articulações de flange aparafusadas. O Comitê também reconhece que as cargas de parafusos derivadas de fatores M e Y são insuficientes para garantir os requisitos de rigidez e taxa de vazamento da junta. Um trecho do apêndice afirma: “... claramente, ao apertar os parafusos, em alguns casos é necessário usar uma pré -carga inicial do parafuso mais alto que o valor do projeto...”

Ainda não resolvido

Em resumo, os fatores M e Y têm um efeito positivo no aperto da articulação do flange aparafusado e estão em uso há muitos anos. No entanto, hoje, vários engenheiros usam os padrões da ASME, além de reconhecer os benefícios de confiabilidade e vedação das cargas de parafusos baseadas em aperto. Eles se vêem tendo que decidir qual padrão seguir com base em seu próprio julgamento. Para entender melhor a relação entre as taxas de vazamento de flange (e/ou aperto) e os fatores M e Y, uma extensa pesquisa técnica foi realizada no setor. Infelizmente, o conhecimento adquirido, incluindo esforços do Grupo de Trabalho Especial da ASME, ainda não foi oficialmente incorporado ao código do vaso de pressão.

Para muitos designers de flange da ASME, as cargas de parafusos baseadas em aperto continuam sendo um conceito vago. Além disso, eles não têm orientação autorizada sobre qual classe de rigidez corresponde a mídia específica.

Preenchendo as lacunas

Igualmente estranho é que determinar quanto a “carga excessiva de design” pode exceder o valor do projeto em condições específicas ainda depende do julgamento subjetivo do designer. Espera -se que essas deficiências sejam abordadas em breve.

No que diz respeito à avaliação e prevenção de emissões fugitivas, a tecnologia moderna pode - ou melhor, deve - lidar com isso efetivamente. No entanto, os fatores M e Y e os métodos de cálculo relacionados, listados com destaque em EN 13480-3 ou EN 13445-3, não ajudam os designers a garantir o aperto da junta ou reduzirem efetivamente as emissões fugitivas através do projeto da articulação do flange. Comparativamente, apenas os algoritmos no EN 1591-1 combinados com as características da junta do EN 13555 podem produzir resultados mais satisfatórios.