1. شکنندگی مواد (تهدید ساختاری)

• مشکل:اکثر فلزات دمای انتقال شکل پذیر به شکننده (DBTT) را نشان می دهند. بالاتر از این دما، تحت تنش تغییر شکل می دهند (قابلیت شکل). در زیر آن مانند شیشه خرد می شوند (شکننده). فولاد کربن استاندارد در حدود -20 درجه سانتیگراد به -30 درجه سانتیگراد تغییر می کند. در دمای LN2 (196- درجه سانتیگراد)، محفظه شیر فولادی کربنی یا روتور تحت تنش عملیاتی معمولی یا حتی در اثر ضربه جزئی ترک می‌خورد.
• راه حل: آلیاژهای درجه برودتی.
  • فولاد ضد زنگ آستنیتی (304L، 316L):استاندارد صنعت درجه "L" (کم کربن) از رسوب کاربید در حین جوشکاری جلوگیری می کند. این آلیاژها تا دمای برودتی انعطاف پذیر باقی می مانند.برای سرویس LN2 اجباری است.
  • آلیاژهای آلومینیوم (6061-T6):سبک وزن و به طور طبیعی در دماهای پایین انعطاف پذیر است. اغلب برای روتورها یا محفظه های سبک وزن استفاده می شود.
  • آلیاژهای تخصصی (Inconel 625، Monel 400):در موارد شدید که شامل مایعات برودتی خورنده است، استفاده می شود، اگرچه برای شیرهای پودری استاندارد کمتر رایج است.
• ملاحظات طراحی:حساب برایانقباض حرارتی. مواد مختلف با نرخ های مختلف قرارداد می گیرند. روتور فولادی ضد زنگ در محفظه فولادی ضد زنگ ایمن است. روتور ضد زنگ در محفظه فولاد کربنی با کوچک شدن روتور بیشتر از سوراخ سوراخ می شود.

2. آب بندی برودتی (تهدید نشت)

• مشکل:الاستومرهای استاندارد (نیتریل، EPDM، حتی ویتون) خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهند و در دماهای پایین متبلور می شوند. آنها سخت می شوند، منقبض می شوند و می ترکند که منجر به نشت هوای عظیم می شود. این در سرویس LN2 که در آن حفظ اتمسفر بی اثر حیاتی است غیرقابل قبول است.
• راه حل: مواد مهر و موم برودتی.
  • PTFE (تفلون®):استاندارد طلا. تا 268- درجه سانتی گراد انعطاف پذیر و از نظر شیمیایی بی اثر می ماند. برای مهر و موم لب، حلقه های بسته بندی و واشر استفاده می شود. برای حفظ نیروی آب بندی در حین انقباض، به انرژی دهنده های فنری نیاز دارد.
  • گرافیت:عالی برای بسته بندی حلقه و واشر. بی اثر، مقاوم در برابر درجه حرارت بالا و پایدار در دماهای برودتی. اغلب در مجموعه های بسته بندی بافته استفاده می شود.
  • Kel-F (PCTFE):فلوروپلیمری مشابه PTFE اما با مقاومت در برابر خزش بهتر. عالی برای صندلی ها و مهر و موم های برودتی.
• ملاحظات طراحی: کلاه بلند / اکستنشن سرد.یک ویژگی حیاتی بدنه دریچه در منطقه سرد غوطه ور است، اما مهر و موم ساقه باید گرم نگه داشته شود. یککاپوت توسعه یافته(گردن بلند) مایع فرآیند سرد را از ناحیه غده بسته بندی گرمتر جدا می کند. گرمای هدایت شده به بالای شفت به هوای محیط در طول امتداد پخش می شود و آب بندی ها را بالاتر از نقطه شکننده نگه می دارد.

3. انسداد یخ (تهدید عملیاتی)

• مشکل:این سردرد شماره 1 عملیاتی است. هوای گرم و مرطوب از طریق نشتی های کوچک یا در حین تعمیر و نگهداری به دریچه نفوذ می کند. هنگامی که این رطوبت به سطوح -196 درجه سانتیگراد برخورد می کند، بلافاصله به یخ جامد تبدیل می شود، روتور را مسدود می کند، فاصله ها را آب بندی می کند و شیر را متوقف می کند. حتی پودرهای "خشک" اغلب حاوی رطوبت کمی هستند که منجمد می شوند.
• راه حل: سیستم های پاکسازی و جارو کردن
  • پاکسازی مداوم:یک جریان ثابت و تنظیم شده ازنیتروژن خشک، بدون روغن، با گرم شدن برودتیبه مهر و موم شفت و محفظه های یاتاقان هدایت می شود. این یک مانع فشار مثبت ایجاد می کند که هوای مرطوب را حذف می کند و هر گونه رطوبت را قبل از یخ زدن از بین می برد.
  • محفظه / کت گرم:برای خود محفظه دریچه، گرمایش ردپای الکتریکی یا ژاکت آب گرم/گلیکول می تواند از تراکم در سطوح خارجی جلوگیری کند. با این حال، منطقه محصول داخلی باید سرد بماند.
  • طراحی روتور:Aروتور با انتهای بستهاز تماس پودر سرد با شفت که به عنوان یک پل حرارتی عمل می کند، جلوگیری می کند. سطوح صیقلی (Ra ≤ 0.8 میکرومتر) چسبندگی یخ را کاهش می دهد.
• مثال کاربردی:یک کارخانه سنگ زنی برودتی از یک شیر دوار استاندارد برای تخلیه ادویه های خنک شده با LN2 استفاده کرد. دریچه به دلیل نفوذ رطوبت، هر 4 ساعت یکبار منجمد می شود. دوبریتز شیر را باساخت فولاد ضد زنگ 316L،لب بند PTFE با انرژی زا فنری، و یککاپوت توسعه یافته. مهمتر از همه، الفپاکسازی مداوم -40 درجه سانتیگراد نقطه شبنم نیتروژندر 2 SCFM به محفظه های مهر و موم اضافه شد. دریچه به مدت 6 ماه بدون یخ به طور مداوم کار کرد و یخ زدگی را از بین برد.

• چالش:شیر دوار بین آسیاب برودتی و سطل جمع آوری قرار می گیرد. پودر اشباع شده با بخار LN2 و قطرات مایع را کنترل می کند. دریچه باید ضمن جلوگیری از مسدود شدن یخ، فضای بی اثر را حفظ کند.
• راه حل:
  1. ساخت کامل 316L SS:از جمله اتصال دهنده ها و سخت افزار.
  2. مهر و موم PTFE با انرژی فنری:هم برای مهر و موم شفت و هم برای واشر فلنج.
  3. پاکسازی تهاجمی N2:دو پورت پاکسازی روی هر محفظه یاتاقان، جریان N2 خشک با نرخی که بیش از جابجایی حجمی روتور محاسبه شده است.
  4. عایق بندی:بدنه شیر برای به حداقل رساندن دریافت گرما از محیط عایق شده است که مصرف LN2 و تشکیل یخ را کاهش می دهد.
  5. کنترل سرعت:با RPM پایین (5-15) برای به حداقل رساندن تولید گرما از اصطکاک، که می تواند پودر را گرم کند، کار می کند.

• چالش:حفظ دمای محصول ضمن جلوگیری از تراکم و یخ زدن روی شیر.
• راه حل:
  1. طراحی بهداشتی:3-A سازگار، سطوح برقی برای تمیز کردن.
  2. حداقل فاصله:فاصله نوک محکم (0.10-0.15mm) برای کاهش نفوذ هوا.
  3. پاکسازی محیط:پاکسازی ملایم هوای محیط فیلتر شده (اگر محصول اجازه می دهد) یا N2 خشک برای جلوگیری از ورود هوای مرطوب.
  4. گرمایش ردیابی:فقط روی سطوح خارجی، برای جلوگیری از "تعریق" و ایجاد یخ زدگی که می تواند در محصول پوسته پوسته شود.