Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

СамРоб МТА.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.03.2025

Размер:

1.29 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 83 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

1.4 Причини порушення герметичності та втрати працездатності

Природний газ при його транспортуванні містить тверді та рідкі механічні домішки - пісок, пил, воду, масло, конденсат, сірчисті сполуки та ін., що негативно впливають на ущільнюючі елементи і робочі поверхні запірного вузла та інших деталей крана.

Надійність і довговічність роботи кульових кранів магістральних газопроводів визначається в основному в правильному підборі матеріалу і конструкції ущільнення.

Якщо розглянути причини і місця втрати герметичності кранів, то до 80 % із них припадає на різні види ущільнень: кульового затвора, поворотного шпинделя, поршневих і плунжерних пар гідропневмоприводів і ручної помпи управління.

Основною причиною порушення герметичності і втрати працездатності є руйнування гумових ущільнюючих елементів, які працюють в умовах агресивного потоку газу (з домішками пилу, піску, абразиву, конденсату та інших домішок) при високих тисках і великій швидкості руху газу та перепаді температур навколишнього середовища.

Внаслідок довготривалої експлуатації крана відбувається нашарування абразивних відкладень на кульовому затворі, особливо на кранах, які значний період часу знаходяться в положенні ''закрито''. При повороті сфери відбувається втискання абразивних частинок в ущільнення, на поверхні яких виникають подряпини, надрізи, що призводить до їхнього руйнування та розриву.

Має вплив і природне фізичне старіння гуми, так як на кранах, що зберігаються в резерві понад 30 років і не були задіяні в технологічних схемах, втрачаються функціональні властивості ущільнень (еластичність, пружність, міцність), що спричиняє втрату герметичності в запірних парах і інших ущільнюючих пристроях та в стиках деталей крана.

Втрата герметичності, особливо в поршневих і плунжерних парах пневмоприводів, відбувається внаслідок адгезії (прилипання) гумових ущільнень до стінок циліндрів і канавок плунжерів при довготривалому знаходженні їх у стані спокою, а при задіянні їх в роботу відбувається руйнування ущільнень.

Однією з причин втрати герметичності є також суб'єктивний (людський) фактор - це недотримання планів-графіків проведення технічних оглядів і планово-попереджувальних ремонтних робіт на запірній арматурі, що призводить до несвоєчасної заміни мастил або роботи ущільнюючих елементів взагалі без змащування в умовах сухого тертя.

2 Вибір основних конструктивних параметрів конічного крана

Основними конструктивними параметрами конічного крана є будівельна довжина, коефіцієнт повнопрохідності, величина перекриття, конусність (для конічних кранів).

Нижче приводяться методики визначення основних геометричних розмірів і навантажень, які діють на окремі складові частини конічного і сферичного кранів.

2.1 Геометричний розрахунок конічного крана

Правильно розрахована геометрія затвора дозволяє запроектувати кран із мінімальними габаритами, а відповідно із мінімальними витратами матеріалу, зберігши при цьому необхідну герметичність затвора.

Фактична площа проходу крана визначається за формулою

, (2.1)

де f - коефіцієнт повнопрохідності;

DN – діаметр умовного проходу пробки крана.

На практиці для рідких середовищ приймають повнопрохідні конструкції пробок із коефіцієнтом повнопрохідності рівним або близькім до одиниці. Для газоподібних середовищ допускається f ≥ 0,7. Із зменшенням коефіцієнта повнопрохідності зменшуються габаритні розміри крана, тому що при зменшенні площі вікна проходу зменшуються середній діаметр і висота корпусу і пробки, зменшуються габаритні розміри і маса, також зменшуються необхідні для управління краном зусилля. Поряд з тим зростає коефіцієнт гідравлічного опору крана.

При виборі коефіцієнта повнопрохідності слід визначити, що економічно і технічно ефективніше - отримати економію матеріалу чи затратити його більше на виготовлення арматури, але при цьому знизити гідравлічний опір крана. У кранах із значним звуженням проходу різко зростає швидкість потоку середовища, що може викликати зростання ерозії прекривального елемента та корпусу, оскільки у потоці газу можуть бути механічні домішки (наприклад, окалина, іржа тощо). Як наслідок цього скорочується довговічність роботи крана і його надійність.

У пробках кранів найбільш поширеними формами вікон є круглі або трапеціїдальні. Вікна круглої форми використовують у тих випадках, коли: необхідно звести до мінімуму величину гідравлічних втрат; у конструкції не повинні бути застійні зони, у яких може випадати осад; необхідно забезпечити рівнопрохідність трубопроводу і крана.

Конструкція пробкового крана з круглим отвором вікон має більшу будівельну довжину на відміну від аналогічного крана з трапеціїдальною формою вікна і відповідно і більшу масу. Трапеціїдальна форма вікна широко використовується у конічних кранах для рідких і газоподібних середовищ.

У пробках (корпусах) із трапеціїдальною формою вікна звичайно приймають відношення висоти трапеції H до середньої лінії трапеції b_ср рівним 2,5:1 (рисунокі2.1).

1 - корпус, 2 - пробка

Рисунок 2.1 - Схематичний розріз конічного крана

З урахуванням цього ширина вікна у середньому перерізі корпусу визначається за формулою

. (2.2)

Висота вікна у корпусі

. (2.3)

У процесі експлуатації корпус і пробка крана взаємно зношуються, у результаті чого пробка поступово сідає у корпус глибше, ніж зразу після виготовлення. Щоб запобігти зміні прохідного перерізу пробки відносно корпусу і відповідно збільшення гідравлічного опору у результаті утворення звуження на вході потоку в пробку, висота вікна в пробці повинна бути більшою, ніж у корпусі. Ця різниця висот називається натягом ( ).

Працездатність і надійність крана залежить від величини перекриття L (рисунок 2.2).

1 - корпус; 2 - пробка

Рисунок 2.2 - Поперечний розріз прохідного крана

При закритому положенні крана патрубок В буде ізольований від середовища, яке находиться під тиском у патрубку А, двома ділянками контакту ущільнювальних поверхонь шириною L. Дуга L називається дугою перекриття. Практично величина перекриття як правило визначається довжиною хорди , яка відповідає відповідній дузі L і позначається n. Перекриття повинно забезпечувати герметичність і працездатність крана. При недостатній величині перекриття кран може бути негерметичним. Для забезпечення герметичності необхідно буде збільшувати зусилля притискування пробки до корпусу, але у цьому випадку це призведе до передчасного зношування деталей і скорочення довговічності конструкції.

Величина перекриття визначається наступними факторами:

- станом середовища (газоподібні середовища, а також малов'язкі нафтопродукти вимагають значно більшого перекриття, ніж такі речовини як смола, олива, нафта тощо);

- умовним проходом (чим більше значення умовного проходу, тим більша має бути величина перекриття, оскільки ймовірність неточності мікрогеометрії ущільнювальних поверхонь пробки і корпусу з збільшенням їх розмірів зростає);

- робочим тиском середовища. Якби досконало не були виготовлені контактні поверхні пробки і корпусу, між ними завжди є зазори за рахунок рисок від різця, абразиву, який використовується для притирання тощо. Оскільки зазори утворюють неначе лабіринт, тиск рідини ,яка протікає в них, різко зменшується і в певній точці перекриття надлишковий тиск стає рівним нулю, тобто середовище далі не проникає. Отже, чим більший буде тиск середовища, тим більшим повинна бути величина перекриття.

Інколи номінальне значення величини перекриття залежить і від інших факторів, наприклад, температурного режиму роботи арматури, наявності змащення тощо.

На графіку (рисунок 2.4) наведені залежності між перекриттям, віднесеним до діаметра умовного проходу і діаметром умовного проходу.

Оскільки зі збільшенням діаметра умовного проходу відносна величина перекриття зменшується і наближається до сталої величини, то ці криві можна описати такою залежністю [4]:

, (2.4)

де n - величина перекриття, мм;

DN – діаметр умовного проходу пробки крана, мм;

k₁, k₂, k₃ – коефіцієнти, які залежать від типу крана, середовища і тиску.

Загальна закономірність кривих у тому, що зі збільшенням діаметра умовного проходу величина відносного перекриття зменшується, наближаючись до якоїсь постійної величини.

У таблиці 2.1 приведено значення коефіцієнтів k₁, k₂, k₃, які рекомендовано приймати авторами [4].

1 - крани прохідні натяжні латунні для газу, PN =0,1 кгс/см²; 2 – крани

прохідні натяжні латунні для газу, PN = 1 кгс/см²; 3 - крани прохідні

натяжні латунні для рідких середовищ, PN = 6 кгс/см²; 4 - крани прохідні сальникові латунні, PN =10 кгс/см²; 5 - крани прохідні натяжні чавунні для газу, PN =1 кгс/см²; 6 крани прохідні для рідких середовищ,

PN =6 кгс/см²; 7 - крани прохідні сальникові чавунні, PN -10 кгс/см²;

8 - крани триходові сальникові чавунні, PN =6 кгс/см²

Рисунок 2.4 - Графік залежності відносної величини

перекриття від діаметра умовного проходу

Таблиця 2.1 - Значення коефіцієнтів k₁, k₂, k₃

Коефіцієнт	Тип крана	Значення коефіцієнта
k₁	Прохідні натяжні для газу	0,14
	Прохідні сальникові	0,18
	Триходові сальникові	0,2
	Прохідні крани зі змащуванням	0,15
k₂	Натяжні крани на PN = 6 кгс/см²для рідких середовищ і на PN = 0,1 кгс/см² для газу	4,3
	Натяжні крани на PN = 1 кгс/см²для газу	1,6
	Прохідні сальникові крани на PN = 10 кгс/см²для рідких середовищ	4
	Триходові сальникові крани на PN = 6 кгс/см²для рідких середовищ	18
	Крани зі змащуванням на PN = 64 кгс/см²для газу	21
k₃	Прохідні	0
k₃	Триходові	20

Висота верхньої частини конуса пробки ( від верху вікна до циліндричного пояска) приймається рівною величині дуги перекриття L (рисунок2.5). Висота нижньої частини конуса пробки приймається рівною

, (2.5)

де - - висота виходу пробки із корпусу крана.

1 - корпус, 2 - пробка

Рисунок 2.5 - Схема спряження конусів корпусу і

пробки

Вихід пробки із корпусу крана необхідний для того, щоб попередити її зависання під час притирання і у процесі експлуатації. У тих випадках, коли пробка не буде мати виходу із корпусу, під час притирання або у процесі експлуатації у корпусі може утворюватися виступ і пробка зависне (показано пунктирною лінією на рисунку 2.6). Герметичність перекривального елемента у такому випадку не забезпечується.

Величини натягу і виходу пробки h_в у залежності від DN наведені у таблиці 2.2.

1 - корпус; 2 - пробка

Рисунок 2.6 - Схема утворення виступу в корпусі

Таблиця 2.2 – Значення натягу і виходу пробки h_в залежності від DN

Умовний діаметр DN, мм	Натяг n_н, мм	Вихід пробки h_в, мм
3 - 32	2 - 3	до 3
40 - 200	4 - 5	3 - 6
250 - 1000	6 - 10	6 - 12

Висота вікна у пробці знаходиться за формулою

(2.6)

При проведенні проектних розрахунків орієнтовне значення перекриття по хорді у середньому перерізі корпусу ( по осі трубопроводу) визначається за формулою

, (2.7)

де m – число проходів;

n - величина перекриття, мм;

DN – умовний діаметр, мм;

А – коефіцієнт, який залежить від тиску середовища;

PN – умовний тиск, кгс/см².

Значення коефіцієнта А слід приймати при тиску PN ≤ 10 кгс/см² А = 1,5; при PN ≥ 16 кгс/см² А = 2,5.

Середній діаметр для середнього перерізу корпусу визначається за формулою

. (2.8)

Центральний кут у середньому перерізі, який відповідний перекриттю n, можна знайти із трикутника АЕС (рисунок 2.7). Оскільки

то

. (2.9)

1 - корпус; 2 - пробка

Рисунок 2.7 - Схема перекриття крана

Довжина дуги перекриття, яка відповідає номінальному значенню перекриття, визначається за формулою

. (2.10)

Діаметри пробки у перерізах А-А і Б-Б (рисунокі1.1) на рівнях верхньої і нижньої основи трапеції вікна корпусу можна знайти із умови збереження постійної довжини дуги L по всій висоті вікна

; (2.11)

, (2.12)

де k - конусність пробки (корпусу).

Конусність пробки (корпусу) k у більшості випадків приймають 1:6 або 1:7. При виборі конусності звичайно враховується наступне: чим менший кут конусності, тим менше осьове зусилля вздовж пробки вимагається для створення необхідного питомого тиску на ущільнювальних поверхнях. Проте при цьому зростає небезпека заклинювання пробки у корпусі і можливість задирання ущільнювальних поверхонь пробки або корпусу. При збільшенні кута конусності навпаки осьове зусилля збільшується, а імовірність задирання зменшується. Тому при конструюванні кранів із матеріалів, які мають добрі антифрикційні властивості (наприклад, чавун, латунь, бронза), рекомендується конусність 1:7, оскільки при цьому легше створити необхідний питомий тиск на ущільнювальних поверхнях і отримати необхідну герметичність. Для кранів загального призначення на тиск PNі=і10ікгс/см² стандартами передбачається конусність тільки 1:7.

Довжини дуг, які відповідають проходам у верхньому і нижньому перерізах (рисунокі2.1), знаходяться за формулами

; (2.13)

. (2.14)

Оскільки нам відомі довжини дуг і діаметри у верхньому і нижньому перерізах, то кути і (рисунокі2.1) відповідно визначаються за формулами

, (2.15)

. (2.16)

Ширини вікон у корпусі в перерізах А-А і Б-Б (хорди, які відповідають відповідно кутам і ) будуть дорівнювати

, (2.17)

. (2.18)

Визначені таким чином розміри вікна забезпечують постійну величину перекриття в горизонтальних перерізах по всій висоті вікна.

Найбільша ширина вікна в пробці буде у перерізі В-В (рисунокі2.1) і її можна визначити за формулою

. (2.19)

Розміри корпусу крана a і b повинні забезпечувати мінімальну величину перекриття при зміні взаємного розміщення пробки і корпусу під час експлуатації. Крім цього необхідно враховувати технологічність виготовлення крана.

Оскільки пробка має форму зрізаного конуса, то величина а визначається за такою формулою:

, (2.20)

де - половина кута при вершині конуса;

m – величина запасу конусу пробки, яка виключає можливість зависання пробки в процесі притирання.

У таблиці 2.3 приведено рекомендовані значення величини m у залежності від діаметра.

Таблиця 2.3 – Значення величини запасу конусу пробки

Умовний діаметр DN, мм	3…32	40…200	250…1000
Величина запасу m, мм	До 2	2…5	5…10

Величина b визначається за формулою

. (2.21)

При проектуванні кранів, особливо сальникових, рекомендується у верхній частині конуса пробки передбачати циліндричний пояс висотою h_ц_.

Висота циліндричного поясу

, (2.22)

де t – запас на зазор між шайбою і корпусом.

Рекомендується приймати t = 1…2 мм.

У нижній частині корпусу при проектуванні необхідно передбачати циліндричну ділянку або канавку. Її висота вибирається з таким розрахунком, щоб у процесі експлуатації пробка не впиралася в дно корпусу або у шайбу (у натяжних кранів):

, (2.23)