Уплотнения для кислородопровода

[СВ]

Вопрос довольно узкоспециализированный.
Имеется фурма для нагрева металла в вакуумматоре (похож на конвертер): подаётся кислород (по центральной трубе) и газ. Проблема в уплотнении соединения сопла (оранжевое) и присоединительной трубы (зелёная): сейчас уплотнение выглядит как на рисунке 2  (по типу "цилиндр-поршень"), тремя уплотнительными кольцами из материалы типа экопур (предельная температура - 220°). Т.к. это расположено близко к краю фурмы и подвержено воздействию очень больших температур, то предполагается большая вероятность, что уплотнения испортятся, кислород начнёт смешиваться с газом внутри устройства и именно это вызовет разрушение сопла и др.деталей.
Есть мысль изменить подвод кислорода (рис.1):
1 - ввести промежуточную трубку,
2 - уплотнение с кольцами (между зелёной и синей трубами) отодвинуть подальше от края,
э - промежуточную трубку (нержавейка) соединить с соплом (медь) через коническую резьбу.
- - -
Вопросы:
А - насколько надёжна как уплотнение коническая резьба?
Б - знает ли кто материал уплотнений типа колец более температуро стойкий?
--  --  --
Буду благодарен за любые подсказки.

[ЕК]

Б. при температурах выше 300°, думается мне, нужно смотреть в сторону графитовых или полуметаллических уплотнителей.

[СВ]

 И как они выглядят, если
- их нужно вставлять в радиальную канавку,
- они должны как-то "пружинить", т.е. уплотнение - радиальное.
Вот есть медно-асбестовые кольца, но они предназначены для торцовых уплотнений. И не представляю, насколько они пружинят, если сделаны как радиальные, т.е. детали друг относительно друга должны двигаться в осевом направлении.

[designer811]

был наподобие ТГЖ, не сильно жидкостной, дисперсия ДТ... уплотнял такой узел асбестовым шнуром. хватало.
PS конусная резьба создана для уплотнений.

[СВ]

Шнур нужно хорошо поджимать, а в конструкции ни поджима, ни доступа к поджиму нет. Вставил уплотнение в канавки и "вслепую" засовываешь и труба где-то в глубине вошла в другую трубу...

[designer811]

можете промазать силикатным клеем и подождать, чтобы начал схватываться, потом пхнуть...

[СВ]

 Не приклеится, не задубеет от клея? А то это соединение изрядно подвижное - трубы сильно удлиняются от температуры.

[алексst]

Что-то одни вопросы возникли.
- А давление газа выше, чем давление кислорода? Или давление кислорода выше давления газа?
- Сопло сделано из меди. Это обязательное требование? Может быть, заменить медь на жаропрочную сталь? Тогда можно приварить к соплу трубу из жаропрочной стали и вывести её наружу и забыть о проблеме. Если медь - обязательное требование, тогда к медному соплу можно припаять жаропрочную трубку, например тугоплавким припоем, там, говорят , температура эксплуатации больше 400°C.
- Прогары происходят с какой-то периодичностью, например раз в шесть месяцев, после установки нового сопла? Если "Да", то попробовать менять кольца профилактически каждые три месяца. Это устранит прогары? Если "Да", то дело в кольцах. Если "Нет", то в другом месте.
- Прогары происходят после ночных смен или работы в выходные дни? Тогда это следствие нарушения режимов работы.
- Предположим, у Вас смешались газ с кислородом в сопле. Ну и что? Пламя всё равно должно оставаться снаружи сопла. Так как скорость истечения кислорода (как и газа) из сопла должна быть выше, чем скорость распространения пламени в смеси кислорода с газом . В нормальных условиях. Это одно из требований. Проектировщик сопла не мог его игнорировать.
 В конце концов, посмотрите на обычную кухонную газовую плиту. В ней газ с воздухом смешиваются в горелке. И ничего, пламя горит снаружи горелки и "внутрь не лезет".
 А у Вас пламя "залезает" внутрь горелки. Похоже на низкий расход кислорода. Или фурму используете в нестандартных режимах. Или пламя "упирается" во что-нибудь (фурма опущена слишком низко, перед ней мало места, может быть для увеличения производительности), ему деваться некуда и оно разогревает фурму. Ну, а сопло плавится, так как оно самая "нежная" деталь в фурме. Да , оно ещё и не охлаждается (только проходящим через него кислородом, судя по картинке). А всё остальное охлаждается. Вот ему и хуже всех.

Мне кажется, что дело не в кольцах, а в двух последних пунктах.

[designer811]

Кстати да... у меня сопло было глубже засажено в эжекторе. смешивание ДТ и О2 было в прямом участке (конфузорно-диффузором переходе) порядка 300 мм. У вас как бЭ снаружи месит, к тому же подсасывает с торца, видимо в этом причины.

 

А то это соединение изрядно подвижное - трубы сильно удлиняются от температуры

изрядно - я не представляю это насколько. Там где надо будет/станет подвижным, 100% склейки не случится ввиду отсутствия адгезии. Прилегающие лучше сделать менее шершавыми ;-)

[СВ]

Что-то одни вопросы возникли.
- А давление газа ...
- Сопло сделано из меди. Это обязательное требование? ...
- Прогары происходят с какой-то периодичностью, например раз в шесть месяцев, после установки нового сопла? Если "Да", то попробовать менять кольца профилактически каждые три месяца. Это устранит прогары? Если "Да", то дело в кольцах. Если "Нет", то в другом месте.
- Прогары происходят после ночных смен или работы в выходные дни? Тогда это следствие нарушения режимов работы.
- Предположим, у Вас смешались газ с кислородом в сопле. Ну и что? ...
 А у Вас пламя ...

Аппарат гигантский и ДЕЙСТВУЮЩИЙ, особых опытов на нём не поставишь!
Причины прогаров могут быть разные и ВПОЛНЕ ВОЗМОЖНО - из-за нарушений технологии, это российская неизбежная неизбежность. НО - раньше стояла другая система, где сопло и головка были одной массивной МЕДНОЙ деталью, проблем не наблюдалось. Но и устройство работало в более щадящих условиях, потому прямое сравнение не получается.
Конструкция, ПОЛАГАЮ, должна быть такой, чтобы заранее максимально перестраховывала все эти нарушения и сбои. Без опытных работ! Вот в старой конструкции уплотнения вообще не было - это правильно. Но из-за этого отсутствовало важное контрольной устройство, установили его - пришлось делать другую схему подвода кислорода, с уплотнением.

[designer811]

->тут<- почитал и как понял, интересно конечно, там сильфон стоит...

[алексst]

Ну, раз столько изменений, то начинать надо с нуля.
- Давайте рассмотрим вопрос смешивания кислорода с газом при нарушении герметичности уплотнения сопла с трубой. Где образуется смесь? Для этого попробуем определить давления кислорода и газа. Лёжа на диване.
Согласно Вашим картинкам кислород поступает через одно отверстие Ø22мм, а газ поступает через 12 отверстий Ø22мм каждое. При одинаковом расходе скорость газа уже в 12 раз ниже скорости кислорода. Но расход кислорода должен быть в два раза больше расхода газа. Умножаем на два и получаем .что скорость кислорода должна быть выше скорости газа в 24 раза. Это не на выходе из сопла, а на входе в него, в районе уплотнительных колец. Для обеспечения этого необходимо, чтобы давление кислорода было выше давления газа. Поэтому считаем, что, в случае неисправности уплотнения, кислород будет поступать в газ и пламя будет гореть снаружи сопла, а не внутри него. И в этом случае прогорали бы отверстия, из которых выходит газ. Сопло было бы целым.
- Уплотнение тремя кольцами. Это не просто уплотнение - это компенсатор перемещений. В гидравлике подобное называется "сальниковый компенсатор".  Используется очень редко. Только при возможности постоянного наблюдения за ним. Работает, пока смотришь на него. Отвернулся - он потёк. В данном случае кроме температуры, он ещё и без смазки работает. Износ страшный. Конструктор это понимал и поставил аж три кольца вместо одного.
- Поставить в этом месте коническую резьбу? Не стоит. Она и так капризная. Её чуть не дотянул - сопливит. Как будете контролировать герметичность после сборки? Опрессовкой?
Материалы деталей разные: медь, сталь. Коэффициенты расширения разные. Температуры нагрева тоже разные. Нагрели, остудили. Всё деформировалось и герметичность потерялась. На каком нагреве, на первом или на десятом?
- А, может быть, смешивание кислорода с газом на выходе из фурмы плохое (например, скорости газа и кислорода не согласованы на каких-то режимах)? И получается, что "летит" струя кислорода, а вокруг неё цилиндрический слой смеси газа с кислородом. В результате кислород сгорает не полностью, а он Вам точно не нужен в аппарате. Вы  уменьшаете подачу кислорода, его скорость падает,  и пламя на каких-то режимах "залезает" в сопло. Чего только не придумаешь, лёжа на диване и глядя в потолок. Кстати, в старой конструкции отличие в том, что кислород поступал под углом, а не вдоль оси. Перемешивание было лучше. И соотношение размеров отверстий для газа и кислорода было другим, соответствено и соотношение скоростей было другим.
- Можно попробовать сделать сопло из жаропрочной стали, приварить к нему трубку из такой же стали и вывести в "холодное место". Там уже поставить компенсатор. Но "П- образный" или кольцо из трубы.
- Но, похоже, надо проектировать фурму заново. Тут где-то ошибка.Это видно из последнего Вашего сообщения. Да, ещё и условия работы изменились. А, может быть, для таких условий и не существует длительно работоспособных конструкций? Тогда сопла просто считать расходниками.

[СВ]

Ну, раз столько изменений, то начинать надо с нуля.
- Давайте рассмотрим вопрос ...

Не зная НИЧЕГО по устройству и технологии, нет никакого смысла так "глубоко копать".
- - -
Тут либо улучшить (доработать конструкцию, материалы), либо новую, но исходить просто из условий, что новая/доработанная должна быть в принципе лучше.
Например: сделать сопло охлаждаемым; уплотнение перенести возможно дальше от торца (нагрев будет меньше) или  применить более термостойкое. (Кстати, тут ещё и проблема кислорода - не всё с ним хорошо контактирует.)

[СВ]

Вопрос ко всем:
можно ли в модуле Термодинамика определить температуру (в конкретных точках) примерно такого узла?
Красным показан подвод тепла от горячего воздуха над расплавленным металлом, синяя стрелка - отвод тепла в охлаждающую воду (от тонкого "слабого звена" в конструкции сопла).

[СВ]

 Уточнение:
на самом деле всё устройство ещё и с внешней стороны подвергается температурному воздействию (от которого защищается водяным охлаждением), меня же интересует место, где расположены уплотнения (жёлтые), потому и показал на картинке ОСНОВНОЕ темп-е воздействие - непосредственно через сопло.

[СВ]

 По случаю восстановления форума напомню о моих вопросах, может кто откликнется.