Method of experimental study of the force-deformation characteristics of the Belleville spring of the stop assembly of a direct-flow gate valve

• Autorzy: Hasanov Ilman I. , Guliyev Agali A. , Tanriverdiyev Yusif A.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.11.07

Warianty tytułu

PL

Metoda eksperymentalnego badania charakterystyki siła-odkszałcenie sprężyn Beleville w zespole odcinającym zasuwy klinowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents research methods and appropriate equipment for conducting experiments, as well as the analysis of the results. Studies on the hardness of the microstructure, elastic deformation and parts and samples were carried out using hardness testers, microscopes PMT-3, MIM-8 and devices for measuring the “force-strain” characteristic. The results of the study wer used to establish the dependence of the elastic properties of Belleville springs on the heat treatment modes, while also determining the microstructure and layer depth using various research methods. Every work studying the elastic properties and measurement of the static compressive force of a spring at a given strain value has been studied theoretically. Depending on the operating conditions, disc springs can be installed singly or assembled into packages, forming an elastic element working under compression. The research materials will be used in the work to improve the tightness of straight-through valves and the durability of the shut-off assembly parts. The dependence of the spring compression force and its deformation on the geometrical parameters of the disc springs has been established. Comparison of experimental and theoretical dependences has been made. It has been established that the residual deformation of the Belleville spring after captivity has a negative effect on the tightness of the shut-off valve assembly. The influence of various technological processes and modes of thermal treatment of disc springs on their elastic properties has been studied. Practical recommendations for improving the technological process of thermal treatment of Belleville springs have been proposed. The tasks of further research and implementation of the obtained results have been determined. Search work has been carried out to improve the technology of hardening processing of parts of the shut-off unit (gate and seat) of direct-flow valves. The possibility of using accelerated nitrocarburizing in a triethanolamine medium with induction heating by high-frequency currents at a temperature range of 950°С for boriding and borochroming has been established. Samples were made from standard steel grades 40, 40Kh and 38Kh2MYuA, subjected to hardening by the considered methods, and a study was made of the hardness, depth and microstructure of the hardened layer. Research in this direction should be continued in order to study the tribological characteristics (friction coefficient and wear resistance) of hardened parts. Each operation of the spring manufacturing technology has been studied, and deviations that have a significant impact on the operation of the spring and the sealing of the shut-off valve assembly have been identified.

PL

Artykuł przedstawia metody badawcze i odpowiednie wyposażenie służące do przeprowadzania eksperymentów, a także analizę wyników. Badania przyprowadzono przy użyciu testerów twardości, mikroskopów PMT-3, MIM-8 oraz urządzeń do pomiaru charakterystyki “siła-odkształcenie”. Wyniki tych badań wykorzystano do ustalenia zależności właściwości elastycznych sprężyn Belleville od parametrów obróbki cieplnej, jednocześnie określając mikrostrukturę i głębokość warstwy za pomocą różnych metod badawczych. Każdy przypadek badania właściwości elastycznych i pomiaru statycznego siłowego odkształcenia sprężyny przy danej wartości odkształcenia był analizowany teoretycznie. W zależności od warunków pracy sprężyny tarczowe mogą być montowane pojedynczo lub w pakietach, tworząc element elastyczny podlegający ściskaniu. Materiały badawcze mogą zostać wykorzystane w pracach mających na celu poprawę szczelności zasuw oraz trwałości części zespołu zamykającego. Ustalono zależność między siłą kompresji sprężyny i jej odkształceniem a parametrami geometrycznymi sprężyn tarczowych. Dokonano porównania wyników eksperymentalnych i teoretycznych. Ustalono, że szczątkowe odkształcenie sprężyny Belleville po jej zamontowaniu ma negatywny wpływ na szczelność zespołu zaworu zamykającego. Zbadano wpływ różnych procesów technologicznych i trybów obróbki cieplnej sprężyn tarczowych na ich właściwości elastyczne. Zaproponowano praktyczne zalecenia w celu poprawy procesu technologicznego obróbki cieplnej sprężyn Belleville. Określono cele dalszych badań i sposób wdrożenia uzyskanych wyników. Przeprowadzono prace badawcze w celu poprawy technologii hartowania części zespołu zamykającego (zasuwy i gniazda) zasuw klinowych. Sprawdzono możliwość zastosowania przyspieszonego azotonawęglania w środowisku trietanoloaminy z indukcyjnym ogrzewaniem prądem o wysokiej częstotliwości w zakresie temperatury 950°C w procesie borowania i borochromowania. Wykonano próbki ze standardowych gatunków stali 40, 40Kh i 38Kh2MYuA, które poddano hartowaniu przy rozważanych metodach, przeprowadzono badanie twardości, głębokości i mikrostruktury warstwy hartowanej. Badania w tym kierunku powinny być kontynuowane w celu zbadania charakterystyk tribologicznych (współczynnika tarcia i odporności na zużycie) hartowanych części. Przeanalizowano każdą fazę technologii produkcji sprężyny i zidentyfikowano odchylenia, które mają znaczący wpływ na działanie sprężyny i uszczelnienie zespołu zaworu zamykającego.

Słowa kluczowe

EN

technology; heat treatment; hardening; Belleville spring; elasticity; force-deformation; hardness; microstructure

PL

technologia; obróbka cieplna; hartowanie; sprężyna Belleville; sprężystość; siła–odkształcenie; twardość; mikrostruktura

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 11
• Strony: 742--748
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Hasanov Ilman I.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Guliyev Agali A.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Tanriverdiyev Yusif A.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

Bibliografia

• Androno I.N., Kuzbogev A.S., Aginey R.V., 2008. Resource of ground pipelines – I: Factors thatconstraining resource. Standard Test Methods, Ukhta.
• Belleville springs, 2003. General specifications. Standards Publishing House.
• Goren L., Toussaint R., Aharonov E., Sparks D.W., Flekkøy E.A., 2013. General criterion for liquefaction in granular layers with heterogeneous pore pressure. Fifth Biot Conference on Poromechanics, Vienna, Austria. DOI: 10.48550/arXiv.1312.6422.
• Guliyev A.A., Sharifova A.V., 2019. Study of the influence of geometric parameters and thermal technology on the residual deformation and elastic properties of belleville springs. Oil and Gas Technologies and Analytics.
• Hasanov I.I., 2016. Assessment of vibration influence on packing system of Christmas tree. International Scientific Journal, 7: 18–22.
• Megawati M., Hiorth A., Madland M.V., 2012. The impact of surface charge on the mechanical behavior of high-porosity chalk. Rock Mechanics and Engineering, 46(5). DOI: 10.1007/s00603-012-0317-z.
• Mildin A.M., Zelentsov D.G., Olevskiy V.I., Pletin V.V., 2011. Developing the concept of prediction of the mechanical properties of thin-walled shells. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(3): 57–61.
• Nermoen A., Korsnes R.I., Christensen H.F., Trads N., Hiorth A., Madland M.V., 2013. Measuring the Biot Stress Coefficient and Its Implications on the Effective Stress Estimate. Conference American Rock Mechanics Association, San Francisco, USA,13: 282.
• Urbanovich V.S., 2000. Properties of nanocrystalline titanium nitridebased materials prepared by high-pressure sintering, 169–176. [In:] Baraton M.-I., Uvarova I. (eds.): Functional Gradient Materials and Surface Layers Prepared by Fine particles Technology. NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry. Springer Dordrecht. DOI: 10.1007/978-94-010-0702-3.
• Zimmermann U., Madland M.V., Nermoen A., Hildebrand-Habel T., Bertolino S.R., Hiorth A., Korsnes R.I., Audinot J.-N., Grysan P., 2015. Evaluation of the compositional changes during flooding of reactive fluids using scanning electron microscopy, nanosecondary ion mass spectrometry, x-ray diffraction, and whole rock geochemistry. AAPG Bulletin, 99(05): 791–805. DOI: 10.1306/12221412196.
• Legislative acts and normative documents
• GOST 3057-90 Disk springs. Specifications.
• GOST 5639-82 of Steel and alloys. Methods of detection and determination of grain size (with Change No. 1).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).