книги / Трубопроводная арматура

применимость для широкого диапазона давления и проходов. Недостатки — возможность ослабления затяжки и потеря герметичности со временем, большие габаритные размеры и масса.

Арматура штуцерная. Присоединяется к трубопроводу или емкости с помощью штуцера (ниппеля).

Рис. 1.9. Дисковый затвор с эластичным уплотнительным кольцом в корпусе:

1 —корпус; 2 — прижимной фланец; 3—уплотнительное кольцо; 4 —диск; 5 —резиновое уплотнительное кольцо круглого сечения

7. По способу герметизации.

Арматура сальниковая. Герметизация штока или шпинделя относительно внешней среды обеспечивается эластичным элементом, находящимся в контакте с подвижным штоком (шпинделем) под натяжкой, исключающей протечку рабочей среды.

Арматура мембранная. В качестве чувствительного элемента применена мембрана. Она может выполнять функции уплотнения корпусных деталей, подвижных элементов, относительно внешней среды, а также уплотнения в затворе.

Арматура сильфонная. Для герметизации подвижных деталей (штока, шпинделя) относительно внешней среды используется

21

сильфон, который является также чувствительным либо силовым элементом конструкции.

Арматура шланговая. Эластичный шланг обеспечивает герметичность всей внутренней полости арматуры по отношению к внешней среде.

8. По способу управления.

Арматура под дистанционное управление. Не имеет непосредственного органа управления, а соединяется с ним при помощи колонок, штанг и других переходных устройств.

Арматура приводная. Управление осуществляется при помощи привода (непосредственно или дистанционно).

Арматура с автоматическим управлением. Управление затвором происходит без участия оператора под непосредственным воздействием рабочей среды на затвор или на чувствительный элемент, либо посредством воздействия на привод арматуры управляющей среды, либо по командному сигналу, поступающему на привод арматуры из приборов АСУ.

Арматура с ручным управлением. Управление осуществляется оператором вручную дистанционно или непосредственно.

1.3. Классификация деталей и уплотнений трубопроводной арматуры

Классификация трубопроводной арматуры по материалам не производится, ввиду того, что отдельные детали имеют различное назначение и изготавливаются из различных материалов.

К материалам для трубопроводной арматуры предъявляют следующие основные требования: высокая прочность, выносливость, пластичность, коррозионная стойкость, технологичность в изготовлении, долговечность, минимальная стоимость [2; 4; 77; 82].

Материалы для деталей арматуры выбирают по рабочим условиям эксплуатации с учетом этих и дополнительных требований, зависящих от их назначения, конструктивных особенностей и размеров. Корпуса, крышки, стойки, маховики и другие детали изготавливают из стального и чугунного литья, поковок из углеродистой и легированной стали, а также горячекатаной стали, углеродистой обыкновенного качества, углеродистой конструкционной качественной и ряда марок низколегированной и легированной стали. Кроме этих материалов для изготовления золотников, седел, клапанов, вкладышей и втулок сальников и других деталей применяют латунь и бронзу, а также прокладочные и уплотнительные материалы (набивки сальников). Уплотнительные поверхности арматуры в ряде случаев наплавляют твердыми сплавами для повышения их износостойкости. Для

22

Чугуны классифицируются главным образом по химическому составу и микроструктуре.

По химическому составу чугуны делятся на нелегированные и легированные. Нелегированным называется чугун, в котором кроме углерода содержится (в %) до 4 Si, до 2 Мп, до (1 - 1,2) Р, до (0,18 - 0,2) S. Легированным называется чугун, в котором содержатся кремний или марганец выше указанных пределов или специально введенные легирующие примеси —хром, никель, медь, молибден и др.

По структуре чугуны делятся на белые, серые, ковкие высокопрочные с шаровидным графитом. Свойства чугуна определяются структурой его металлической основы и характером включений углерода (в виде цементита или графита). Одновременным изменением структуры металлической основы и формы графитных включений, а также введением легирующих элементов получены чугуны, по свойствам почти равноценные стальному литью, поковкам.

Белый чугун содержит углерод в виде цементита и имеет белый лучистый вид излома. Такой чугун отличается высокой твердостью, прочностью, высокими износостойкостью и хрупкостью. Он плохо поддается обработке резанием, поэтому его почти не используют. Применяют обычно серый чугун с включениями графита и отбеленной поверхностью, т.е. чугун, поверхностные слои которого имеют структуру белого чугуна для увеличения износостойкости, а сердцевина — структуру серого чугуна.

Серый чугун обладает наилучшими технологическими и хорошими физико-механическими свойствами и является основным материалом для различных отливок. Он содержит (в %): (3 — 3,6) С, (0,4 — 1) Мп, (1,3 —3,5) Si, (0,12—1) Р, (0,1 —0,15) S. Структура металлической основы такого чугуна может быть ферритной, перлитной или перлитно­ ферритной, а форма графита - пластинчатая. Излом чугуна серый, обусловленный выделением графита в металлической основе.

В зависимости от предела прочности при растяжении серый чугун подразделяется на различные марки (приложение Д, таблица Д.7). В обозначении марок серых чугунов двузначное число показывает предел прочности при растяжении. Чугун имеет в 1,5 — 2 раза меньший модуль упругости по сравнению с модулем упругости стали, причем значение его уменьшается с увеличением растягивающих напряжений, что связано с наличием графитных включений в чугуне.

Для арматуры низкого давления при температуре от минус 15 до 250 °С применяют серый чугун марок СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25 и др. Из серого чугуна этих марок изготавливают различные детали арматуры (корпусы редукторов, шестерни, маховики, стойки, кронштейны и т.д.).

25

Применение легирования в сочетании с модифицированием позволяет получать высокопрочные марки чугуна. Низколегированные и среднелегированные чугуны можно применять в сочетании с модифицированием или без него.

Высоколегированный серый чугун применяют для изготовления деталей, которые при эксплуатации должны обладать какими-либо специальными свойствами —стойкостью к агрессивным средам (кислотам, щелочам и т.п.), жаростойкостью, немагнитностью и др. Представители высоколегированных чугунов—чугуны марок ЧН17ДЗХ2, ЧН5Г8, ЧН15Д7Х2 и др.

По сравнению со стальным литьем ковкий чугун отличается более высокой чистотой механически необработанных каналов. По механическим свойствам он занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью и дает плотные отливки (приложение Д, таблица Д.8). Износоустойчивость ковкого чугуна несколько ниже, чем стального литья. В обозначении марки ковкого чугуна двузначное число показывает предел прочности при растяжении образца.

Отливки из ковкого чугуна получают в результате термической обработки (отжига) отливок из белого чугуна. Микроструктура ковкого чугуна — зернистый перлит и углерод отжига в форме хлопьев. Трубопроводную арматуру из ковкого чугуна марок КЧЗО и КЧЗЗ применяют для температур от минус 30 до 400 °С и давлений до 4 МПа при условном диаметре прохода Dy80 мм. Возможно применение ковкого чугуна для изготовления арматуры Dy=100 мм при рабочем давлении до 2 МПа и температуре менее 300 °С.

Способ выплавки высокопрочного чугуна со сферическим (шаровидным) графитом заключается в обработке жидкого чугуна с повышенным содержанием углерода и кремния, присадками, содержащими магний, церий или другие элементы, а также графитизирующие модификаторы. Присадки, содержащие магний, являются наиболее эффективными и обеспечивают получение шаровидного графита, а присадки графитизирующих модификаторов, способствуя графитизации, не допускают получения в отливках структурно свободного цементита. Шаровидная форма графита в отличие от пластинчатой вызывает меньшие концентрации напряжений и позволяет повысить прочность основной (металлической) массы чугуна на 70 —90 % при наличии пластичности. В зависимости от химического состава (приложение Д, таблица Д.9) и условий технологического процесса чугун с шаровидным графитом получают на перлитной, ферритной или ферритно-перлитной основе. В обозначении марки чугуна двузначное число показывает предел прочности при растяжении (приложение Д, таблица Д. 10).

28

Чугуны марок ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70 и другие относятся к чугунам перлитного типа благодаря преобладанию перлита в структуре основной (металлической) массы и характеризуются высокими показателями прочности при сравнительно невысоких показателях пластичности. Чугуны марок ВЧ45, ВЧ40 относятся к чугунам ферритно-перлитного типа благодаря преобладанию феррита в структуре основной (металлической) массы и характеризуются пониженной прочностью при сравнительно высоких показателях пластичности.

Важнейшие особенности механических свойств чугуна с шаровидным графитом: высокий предел прочности; высокое отношение предела текучести к пределу прочности (ст/ав=0,8); повышенные значения пластичности (удлинение и ударная вязкость); высокий предел усталости; циклическая вязкость больше чем у стали. По прочности высокопрочный чугун с шаровидным графитом близок к качественным углеродистым сталям. Он является полноценным заменителем в ряде случаев стального литья, поковок из стали и ковкого чугуна. Высокопрочные чугуны марок ВЧ35, ВЧ45, ВЧ40 используют для отливок корпусов и крышек арматуры, работающих под давлением до 2,5 МПа и температуре 300 °С, а также для других деталей арматуры при более широких пределах давлений и температур [14,23,77,82].

Из числа цветных металлов и сплавов для изготовления деталей трубопроводной и резервуарной арматуры применяют латунь (седла клапанов и т.п.) и бронзу (пробки и втулки сальников вентилей, вкладыши и грундбуксы сальников, золотники предохранительных клапанов и т.д.).

Сплавы меди с цинком (до 45 %Zn) называют латунями. Строение и свойства латуней зависят от содержания цинка (рис. 1.13). По структуре латуни делятся на а-латуни (до 39 % Zn) —структура однородного твердого раствора цинка и меди, а + р—латуни, р-латуни и другие, по мере увеличения содержания цинка. С увеличением содержания цинка от 0 до 35 %(рисунок 1.13, а) прочность латуни ов возрастает от 200 до 300 МПа при повышении пластичности до,о максимального значения (до 58%). а + р-латунь с содержанием цинка до 45 % состоит из механической смеси зерен а и р — твердого раствора; P-фаза является более прочной и хрупкой структурной составляющей, поэтому при повышении содержания цинка до 45 % прочность становится максимальной, а пластичность резко падает до 7 %. При содержании цинка свыше 45 %резко падает и прочность латуни, что объясняется появлением в структуре хрупких и малопрочных р- и у-фаз. В связи с этим латуни с содержанием цинка более 45 %не применяют.

29

Рис. 1.13. Механические свойства латуни (а) и бронзы (б) в зависимости от химического состава и структуры

Латуни маркируют буквой Л и последующей двузначной цифрой, обозначающей содержание меди в процентах (например, Л63 —63 %Си и 37 %Zn). Применяемые латуни имеют при комнатной температуре а —структуру (Л63) или а + р —структуру (Л59) [77,82].

Латуни обладают хорошими литейными качествами (малой склонностью к ликвации, хорошей жидкотекучестью и др.), способностью к пластической деформации, поэтому их выпускают преимущественно в катаном состоянии (листы, ленты, профили и т.д.) — деформируемые сплавы. Причем а-латуни подвергают холодной пластической деформации при комнатной температуре, так как в интервале температур 300 —700 °С они становятся менее пластичными. Способность а —латуней к горячей пластической деформации уменьшается из-за примесей висмута и свинца, образующих легкоплавкие эвтектики по границам зерен, а+ р—латуни, наоборот, подвергают горячей пластической деформации, так как при нагреве выше температуры 500 °С они становятся более пластичными. На а+р —латуни примесь свинца не оказывает влияния при горячей обработке давлением, так как свинец, располагающийся по границам зерен, при нагреве в результате перекристаллизации а—»р оказывается внутри зерен. Поэтому в а+р —латуни вводят до 1—2 % свинца для улучшения обрабатываемости резанием. Например, выпускают автоматную латунь ЛС59.

Наличие 1 —1,5 % олова в латуни повышает ее коррозионную стойкость в морской воде. В латуни можно вводить также алюминий и

30