книги из ГПНТБ / Зиновьев, Владимир Андреевич. Детали машин учебник для немеханических специальностей высших технических учебных заведений

210 Трубопроводы и арматура

Вентили. У вентилей затвором служит золотник, перемещаю­ щийся вдоль оси седла корпуса (фиг. 134, а).

Конструкция чугунного запорного вентиля на давление ру =

— 16 ати представлена на фиг. 134, б. Открытие и закрытие про­ хода осуществляется с помощью золотника 1, насаженного на

шпиндель 2. Нижняя поверхность золотника пришлифована к седлу 3 и при закрытом вентиле должна плотно закрывать это отверстие. Шпиндель снабжен резьбой, которой он ввертывается в неподвиж­ ную гайку 4, запрессованную в отверстия стойки 5. Последняя от­

лита заодно с крышкой 6 вентиля.

Так как шпиндель, перемещаясь в гайке, совершает поступатель­ ное движение, то по высоте его подъема над крышкой легко су­ дить о степени открытия прохода и регулировать его. Во избежа­

ние просачивания жидкости из вен­ тиля по шпинделю последний

уплотнен с помощью сальника 7, прижимаемого к крышке двумя болтами 8

Фиг. 134.

Вентили характеризуются следующими особенностями:

вследствие сложности конструкции и наличия большого коли­ чества деталей вентили сравнительно дороги, но весьма надежны в работе;

вентилем легко регулировать величину прохода, так как в нем

проходное сечение при подъеме золотника легко и удобно регули­ руется благодаря малому подъему винтовой линии нарезки шпин­ деля, на котором укреплен золотник;

коэффициент гидравлического сопротивления вентилей довольно высок и выше, чем у некоторых других типов арматуры.

Область применения вентилей весьма обширна. Их устанавли­

вают на водопроводных линиях и на паропроводах, на линиях

сжатого воздуха, вакуума и др.

тивление протекающим средам; удобство регулирования расхода среды; безопасность в отношении гидравлического удара.

Эти положительные свойства в условиях химического произ­ водства не искупают их недостатков, вследствие чего в цехах хи­ мических заводов задвижки применяются сравнительно редко.

Краны. В кранах затвором служит коническая пробка со сквоз­ ным отверстием, которая поворачивается вокруг своей оси по уплот­ няющей поверхности корпуса (фиг. 136, а).

Изображенный на фиг. 136, б кран носит название сальнико­ вого вследствие наличия между торцом пробки 1 и крышкой 2 по­ лости, заполняемой набивкой 3 из просаленного льна, асбестового

к корпусу двумя болтами 4, ока­ зывает давление на набивку. Этим

обеспечивается ^непроницаемость кра­

на в месте выхода пробки из

Фиг. 136.

крышки и осевое нажатие пробки на внутреннюю коническую по­ верхность корпуса 5. Осевое нажатие препятствует просачиванию среды между пробкой и корпусом. Поворот пробки производится с помощью ключа, надеваемого на ее квадратный конец.

По направлению движения среды различают краны проходные

и трехходовые.

Кран как запорное устройство отличается следующими особен­ ностями:

быстро открывается (переход от полного закрытия к полному открытию происходит при повороте ключа на 90°); причем вследствие быстрого открывания может возникнуть гидравлический удар;

требует затраты значительного усилия для поворота пробки

(большое давление крышки на сальник);

мало пригоден для регулирования количества протекающей жидкости (быстрота и неравномерность открывания щели при по­ вороте пробки);

обладает малым гидравлическим сопротивлением (незначитель­

ное изменение скорости и формы струи при проходе через открытый

кран);

пригоден для жидкостей, содержащих взвешенные вещества,,

и кристаллы (уплотняющие поверхности корпуса и пробки закры­ вают одна другую);

недостаточно пригоден для передачи пара и сильно нагретых жидкостей (происходит коробление корпуса и прилипание пробки)-

процесс притирки кра­ на трудоемок (значитель­ ная величина уплотняю­ щих поверхностей).

°)

Фиг. 137.

Клапаны. В клапанах запорным органом является диск (за­

клапана представлена на фиг. 137, б. Поворотные клапана недоста­

точно герметичны, однако их гидравлическое сопротивление незначительно. Направление движения среды в поворотном кла­ пане изменяется незначительно, поэтому их рекомендуется приме­ нять для трубопроводов с небольшим напором. Недостаток обрат­

ных клапанов, особенно больших проходов, заключается в том, что диск ударяется об уплотнительные поверхности корпуса при дви­ жении среды в обратном направлении, вызывая этим гидравличе­ ский удар, результатом которого могут быть серьезные поломки в трубопроводе.

§ 21. ТЕПЛОВОЕ УДЛИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ И ЕГО КОМПЕНСАЦИЯ

Общие сведения. Все трубопроводы подвержены температурным колебаниям в зависимости от времени года, температуры передавае­ мой среды, состояния изоляции.

При изменении температуры трубопровода он изменяет свою длину. Величина этого изменения может быть определена по обще­ известной формуле

А/ = a I A t,

Если трубопровод имеет возможность свободно деформироваться

на величину Д Z, то в его материале не возникает тепловых напря­ жений (практически невозможный случай), если же концы трубо­

провода жестко закреплены и он не может изменить длину с изме­ нением температуры, то в его материале возникает температурное

напряжение, равное

Температурное напряжение не должно превышать допускае­ мого напряжения на растяжение (сжатие) [crL.

При площади поперечного сечения стенок трубы, равной F в ел2,

нагреваемый (охлаждаемый) трубопровод окажется сжатым (рас­ тянутым) силой

Р = a F.

Это же усилие будут испытывать концевые опоры трубопровода или аппаратов, которые он соединяет. Усилие в жестко закреплен­ ном трубопроводе при изменении его температуры может достиг­ нуть весьма значительной величины и вызвать в материале труб и во фланцевых соединениях опасные для прочности трубопровода на­ пряжения. Наблюдались случаи, когда в результате значительных

температурных напряжений происходили разрыв труб в сварных стыках и отрыв фланцев. Нередко трубопровод, ось которого при укладке представляла собой прямую линию, в результате тепловой деформации приобретает зигзагообразное очертание. Причиной та­ кого искривления является обычно наличие в трубопроводе темпе­ ратурных деформаций, для предупреждения которых не было при­ нято необходимых мер.

Найдем предельную разность температур, при которой еще не требуется применения компенсирующих устройств;

Пользуясь этой формулой, находим, например, что предельная

На практике, как известно, многие трубопроводы, подвержен­ ные температурным колебаниям с разностью температур большей 32° С, выполняются жестко закрепленными и без компенсирующих

приспособлений, причем в большинстве случаев эти трубопроводы работают вполне удовлетворительно. В качестве примера, подтвер­ ждающего это, можно привести трубопроводы водяного отопления, внутрицеховые трубопроводы сжатого воздуха, вакуума и др.

Удовлетворительная работа таких подверженных умеренным ко­ лебаниям температуры (порядка 60—80° С) трубопроводов, не имею­ щих специальных компенсирующих приспособлений, объясняется в первую очередь большой их гибкостью, так как они состоят в ос­ новном из прямых участков незначительной длины, связанных между собой отводами, закрепленными в опорах недостаточно жестко.

Легко выпучивающийся при нагревании трубопровод приобре­ тает необходимое удлинение, не создавая в материале тех напря­

жений сжатия, которые возникли бы в нем в случае вполне жесткого закрепления. Поэтому многие внутрицеховые линии с умеренным

перепадом температур могут выполняться без специальных компен­

сирующих устройств.

Если возникающие в трубопроводе напряжения не допускают жесткого его закрепления, приходится трубы укладывать на под­ вижные опоры и вводить в конструкцию трубопровода так называе­ мый компенсатор — устройство, воспринимающее тепловые дефор­ мации трубопровода. Компенсатор оказывает трубопроводу сопро­

тивление, вследствие чего материал труб будет все же испытывать

некоторое напряжение под влиянием продольной силы. Величина

сопротивления компенсатора может быть вычислена для каждого данного случая.

Конструктивно устройство для компенсации температурных де­ формаций осуществляется следующим образом. Прямой трубопро­ вод делится на участки определенной длины и на линиях раздела жестко закрепляется в опорах. Внутри каждого участка в трубо­ провод врезается компенсатор, поглощающий температурную де­ формацию данного участка. Между жесткими креплениями (назы­ ваемыми мертвыми точками или неподвижными опорами) трубо­ провод поддерживается промежуточными (подвижными) опо­ рами, не препятствующими свободному перемещению трубопровода. Длина участков между мертвыми точками выбирается в зависи­ мости от ряда местных условий и обычно составляет 30—40 м.

По конструкции и принципу работы различают следующие типы компенсаторов: линзовые, сальниковые, гнутые из труб.

На трубопроводах, трасса которых представляет собой ломаную линию, удается путем соответствующего выбора положения мертвых точек полностью или частично избежать применения компенсаторов, использовав для поглощения удлинений упругий изгиб прямых

участков, расположенных под углом друг к другу. Такой метод.

216 Трубопроводы и арматура

воспринятая деформаций носит название самокомпеисации. Самокомпенсацпя упрощает конструкцию трубопровода, увеличивает

его надежность, уменьшает начальную стоимость и эксплуатацион­

ные расходы. Поэтому везде, где это возможно, следует выполнять трубопровод самокомпенсирующпмся.

Линзовые компенсаторы. Работа линзового компенсатора осно­ вана на прогибе круглых пластин или волнообразных уширений,

составляющих тело компенсатора. Линзовые компенсаторы могут

быть изготовлены из стали, красной меди или алюминия. Конструк­ тивно линзовые компенсаторы выполняются различно. На фиг. 138, а

Фиг. 138.

и б представлены сварные линзовые компенсаторы из отштампован­

ных полуволн, а на фиг. 138, в — сварные тарельчатые.

Общим и единственным преимуществом линзовых компенсато­ ров всех без исключения типов является их компактность и нетре­ бовательность в отношении обслуживания. Эти преимущества в боль­ шинстве случаев обесцениваются существенными их недостатками,

ккоторым относятся:

1.Значительные осевые усилия, действующие иа мертвые точки.

2. Ограниченная компенсирующая способность, находящаяся

в пределах 5—10 мм на одну волну. Увеличение компенсирующей

способности путем расположения рядом нескольких волн ограни­ чено появлением гибкости в поперечном направлении, а также не­ равномерным распределением деформации по отдельным волнам

(крайние волны работают напряженнее средних). Поэтому ком­ пенсаторов с числом волн более восьми не применяют. Таким обра­ зом, максимальная деформация линзового компенсатора не превы­

шает 80 мм. Это вынуждает располагать компенсаторы через не­ значительные интервалы, разделяя их мертвыми точками тяжелой конструкции, и устанавливать около них надежные направляющие

опоры.

3. Непригодность линзовых компенсаторов для давлений выше

2—3 ати, так как компенсирующая способность волны (диска)

резко падает с увеличением толщины листа, последняя же нахо­ дится в прямой зависимости от внутреннего давления в трубопро­

воде. Указанная выше деформация 5—10 мм дана для листов тол­ щиной 3—4 мм.

4. Необходимость отвода конденсата (в случае передачи по тру­ бопроводу пара) пз каждой линзы во избежание появления гидра­ влических ударов при захвате конденсата проходящим паром, а также для предупреждения замерзания конденсата. Эти дренаж­ ные устройства требуют обслуживания, а при наружных трубопро­ водах сами подвержены замер-

заиию.

8.Сложность изготовления линзового компенсатора.

9.Чрезмерная жесткость этих компенсаторов при малых диа­ метрах, вследствие чего их можно ставить только на трубопроводах

диаметром от 100 мм и более.

В силу перечисленных соображений линзовые компенсаторы при­ меняются очень редко.

Сальниковые компенсаторы. Простейший тип сальникового ком­ пенсатора, так называемый односторонний неразгруженный ком­ пенсатор, показан на фиг. 139. Он состоит из корпуса с лапой 2,

которой крепится к неподвижной опоре, стакана 1 и сальника 3.

Набивка сальника выполняется обычно из натертого графитом асбе­ стового шнура, уложенного в виде отдельных колец. Стакан и корпус

присоединяются посредством фланцев к трубопроводу. Этот ком­ пенсатор обеспечивает перемещение лишь одной ветви трубопровода. Встречаются сальниковые компенсаторы и других систем.

Основным достоинством сальниковых компенсаторов является их компактность при значительной компенсирующей способности (обычно до 200 мм и выше).

Недостатками их — большие осевые усилия, необходимость пе­ риодической перенабивки сальников (что требует перекрытия тру­ бопровода), возможность пропуска среды через сальники и, нако­ нец, полный отказ от работы, сопровождаемый поломкой какойлибо детали трубопровода в случае заедания сальника. Заедание сальника может произойти вследствие неточной укладки трубопро­ вода по прямой линии, оседания одной из опор в процессе эксплуа­

218 Трубопроводы и арматура

тации, искривления продольной оси трубопровода под влиянием температурных изменений в ответвлении, разъедания поверх­

на трубопроводах общего назначения применяются очень редко. Они находят применение на трубопроводах, выполненных из таких

материалов, как ферросилид и антихлор, стекло и фарфор, фаолит.

Эти материалы по своим свойствам требуют укладки на жесткие основания, которые могут обеспечить хорошую работу сальниковых

компенсаторов, и исключают вследствие своей хрупкости возмож­ ность применения самокомпенсации. Сальниковые компенсаторы, устанавливаемые на трубопроводах из этих материалов, выпол­

няются коррозийноустойчивыми, следовательно, они не будут под-

В зависимости от способа изготовления различают компенсаторы

гладкие, складчатые и волнистые, а в зависимости от конфигура­

ции — лирообразные и П-образные. На фиг. 140, а—в показаны

лирообразные компенсаторы гладкий, складчатый и волнистый. Основное различие между ними заключается в их компенсирующей

способности. Если принять компенсирующую способность гладкого компенсатора за единицу, то при прочих равных условиях компен­ сирующая способность складчатого компенсатора около 3, а волни­ стого около 5—6.

На фиг. 141 изображен гладкий П-образный компенсатор.

П-образные компенсаторы, как и лирообразные, могут быть склад­

чатыми и волнистыми.