Курс лекций Трубы и арматура ФГОС3

Монтаж винтового соединения не требует специального инструмента: он производится с помощью двух гаечных ключей (одним затягивается гайка, а вторым оказывается противодействие).

Недостатком винтового соединения является то, что вследствие температурных деформаций трубы возможно ослабление соединения, что вызывает необходимость подтяжки трубопровода в процессе эксплуатации, поэтому винтовые соединения должны быть доступны.

Прессующиеся фитинги (рис. 10) – неразъемные, поэтому они не нуждаются в периодическом контроле и в отличие от винтовых фитингов допускается как их скрытая установка, так и заливка в бетон.

Рис. 10. Монтаж металлопластиковых труб с применением пресс-фитингов

1 – труба; 2 – фитинг; 3 – «заершенный» штуцер; 4 – пресс-гильза; 5 – диэлектрическая втулка

Монтаж осуществляется в следующем порядке: труба обрезается специальными ножницами под углом 90°; с помощью развертки и специального калибровочного инструмента снимается фаска и подгоняется диаметр трубы для дальнейшего монтажа; устанавливается диэлектрическая втулка; на конец трубы надевается пресс-гильза из нержавеющей стали; в трубу до упора вставляется «заершенный» штуцер фитинга (с уплотнительными кольцевыми выступами на поверхности); гильза обжимается с помощью ручного или гидравлического пресса.

31

Лекция 5 СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

При изготовлении и монтаже стальных трубопроводов используют различные соединительные детали, которые называются фитингами.

Фитинг – соединительная деталь трубопровода, помещаемая в местах поворотов, переходов и разветвлений, а также для соединения основных прямолинейных звеньев труб. Фитинги называются и т. д. К фитингам относятся муфты, тройники, крестовины, отводы, фланцы, заглушки, пробки, футорки, сгоны и т.

п.).

По способу присоединения бывают:

•приварные (рис. 1)

•резьбовые или муфтовые (рис. 2).

Рис. 1. Приварные детали:

а – тройник; б – переход концентирический; в – преход эксцентрический; г – отвод; д – фланец с шейкой; е – фланец плоский

Рис. 2. Приварные детали:

а– муфта; б – отвод; в – преход; г – крестовина; д – тройник; е – сгон; ж – пробка;

з– колпак; и - футорка

Врезьбовых фитингах используется трубная резьба – дюймовая резьба с мелким шагом. Дюймовая резьба, в отличие от метрической, имеет при верши-

не профиля угол не 60 , а 55 . Мелкий шаг означает, что шаг резьбы и высота

32

зубьев не зависят от диаметра трубопровода. Мелкий шаг применяется потому, что при выполнении на трубе резьбы с обычным шагом высота зубьев получилась бы такой большой, что превысила бы толщину стенки трубы. Вершины зубьев скруглены, а образующийся зазор в резьбовом соединении заполняется уплотняющим материалом (льняная прядь или фторопластовая пленка) для герметизации соединения.

Фланцы

Фланцы – применяется для разъемного соединения трубопроводов. Фланцы (рис. 3) отличается простотой конструкции, легкостью сборка и разборки, простотой изготовления и распространенностью фланцевой трубопроводной арматуры.

33

Для того, чтобы создать необходимую герметичность фланцевого соединения трубопровода, между фланцами устанавливают прокладку, а соприкасающимся уплотнительным поверхностям придают специальную форму. Чтобы обеспечить взаимозаменяемость фланцев всех типов, их присоединительные размеры (наружный диаметр, диаметр болтовой окружности, количество и диаметр болтовых отверстий) и размеры уплотнительных поверхностей стандартизованы ГОСТ 12815-80 и приняты одинаковыми при одних и тех же условных давлениях и проходах независимо от конструкции и материала фланца. Подбираются фланцы по условным проходам и давлениям, на которые рассчитаны трубы.

Стальной плоский приварной фланец без выступа (рис. 3, а) наиболее прост по конструкции, может быть изготовлен из обычной листовой стали. Применяется на трубопроводах малых диаметров. Прокладка, заложенная между двумя плоскими фланцами, сжимается по всей поверхности фланцев, что не позволяет развить больших давлений на материал и достичь предела текучести. Тот факт, что отсутствуют выступы на фланце и прокладка зажимается по всей поверхности фланца, затрудняет ее центровку в соединении. При наличии плоских фланцев следует использовать упругие прокладки с малой жесткостью. Наличие царапин на фланце в радиальном направлении может привести к тому, что не удастся достичь герметичности соединения. Учитывая существенных отсутствие неровностей (выступов) на поверхности фланцев, прокладка может легко скользить по поверхности, что повышает вероятность ее разрыва и выдавливания давлением в трубопроводе. Поэтому плоские фланцы ненадежны на трубопроводах больших диаметров.

Плоские фланцы с соединительным выступом (рис. 3, б) обычно бывают за-

водского изготовления, но могут быть изготовлены и в условиях механических цехов завода. Они широко применяются на трубопроводах малых и средних диаметров благодаря большей надежности. Они имеют выступ на своей поверхности, что облегчает центрирование прокладки. На уплотнительной поверхности фланца может наноситься ряд концентрических неглубоких треугольных канавок, что резко увеличивает его герметичность. При давлении на прокладку в момент стягивания фланцевого соединения материал прокладки деформируется, достигнув предела текучести, и заполняет собой углубления канавок, препятствуя образованию непрерывных радиальных щелей в месте царапин поверхности.

Фланцы с выступом или впадиной (рис. 3, г) бывают только заводского изготовления. Они соединяются так, что выступ одного фланца входит во впадину второго, за счет чего обеспечивается большая герметичность соединения.

Фланцы с шипом и пазом (рис. 3, д) так же бывают только заводского изготовления. Они соединяются так, что шип одного фланца входит в паз второго, за счет чего обеспечивается большая герметичность соединения.

Заглушки (рис. 3, е) используются для отключения участков теплопроводов и ответвлений на период ремонтов или гидравлических испытаний сетей, а также для заглушения торцов труб. Заглушки, как и фланцы, подбираются по условным давлениям и проходам.

34

Отвод

Отводом называется приварная деталь трубопровода с одним изогнутым углом (рис. 4). Отводы предназначены для изменения направления потока теплоносителя. По способу изготовления и конструкции разделяются на:

•бесшовные круто изогнутые,

•гнутые,

•сварные,

•штампосварные.

Основной характеристикой отводов является радиус изгиба осевой линии трубы R. В пространственных конструкциях трубопроводов между отводами должен оставляться прямой участок трубы длиной a>Dy, а при Dy<100 мм прямой участок трубы принимается не менее 100 мм. Вваривать отводы непосредственно в трубу без штуцера (прямолинейного участка) запрещается.

Рис. 4. Отводы:

а – гладкий нормальный (R=3,5DH); б – гладкий крутоизогнутый (R=DH); в – гнутый со складками; г – сварной

Нормальные гладкие отводы (рис. 4, а) с радиусом изгиба R=3,5Dн изготовляют при нагреве трубы до ~ 1100°С и с набивкой песком. Плотная набивка песка в трубу предупреждает возникновение овальности сечения и быстрое остывание изделия, вызывающее дополнительное напряжение металла. Отводы с радиусом R>3,5Dн изготовляют на трубогибочных станках путем изгиба в холодном состоянии и без набивки песком.

Крутозагнутые гладкие отводы (рис. 4, б) с радиусом изгиба, равным на-

ружному диаметру трубы R=DH, изготовляют на заводах протяжкой гидравлическими домкратами отрезка бесшовной трубы в горячем состоянии через специальную изогнутую насадку. Гладкие крутоизогнутые отводы характеризуются малым радиусом изгиба, одинаковой толщиной стенки на выпуклой и вогнутой образующих, небольшими габаритами, поэтому их применение при монтаже обеспечивает компактное сооружение трубопроводов и оборудования и, как следствие, экономию производственной площади. Крутозагнутые отводы допускается сваривать между собой без прямого участка.

Гнутые отводы со складками (рис. 4, в) изготовляют при местном разогреве трубы. Число складок зависит от диаметра трубы и радиуса изгиба. Каждая складка получается после одного разогрева и немедленного изгиба

35

трубы. Такие отводы с радиусом до 2…4 диаметров самые эластичные, но имеют самое большое гидравлическое сопротивление.

Сварные отводы (рис. 4, г) применяют при сооружении тепловых сетей больших диаметров Dу >150мм из бесшовных и электросварных труб путем вырезки отдельных секторов с углами скоса 11°15' или 15° и их последующей сборки и сварки. Радиус изгиба сварных отводов обычно небольшой, равный R=(1÷3)DH+50 мм. Применяют отводы для трубопроводов на Ру до 6,3 МПа и только в тех случаях, когда отсутствуют круто изогнутые или гнутые отводы.

Штампосварные отводы изготовляют из листовой стали путем штамповки полуотводов на прессах с последующей сборкой и сваркой двух продольных швов. Такие отводы используют для трубопроводов Dу =600 мм и более вместо сварных секционных.

Переходы

Переходы (рис. 5 ) применяются для стыковки труб различного диаметра . По конструкции переходы подразделяются на концентрические и эксцентрические. Симметричные концентрические переходы устанавливаются на вертикальных и горизонтальных трубопроводах. Несимметричные эксцентрические переходы устанавливаются только на горизонтальных трубопроводах и выравниваются по верху во избежание скопления воздуха. Угол наклона поверхности переходов не должен превышать 15 .

Рис. 5. Переход:

а – концентрический; б – эксцентрический

Тройники (рис. 6, а) служат для организации ответвлений от трубопроводов и соединения двух и более трубопроводов в единую сеть. Их изготовляют равнопроходными (с одиниковыми диаметрами основного трубопровода и ответвления) или разнопроходными.

36

Штуцер (рис. 6, б) применяется для установки арматуры (воздушная, спускная) и других деталей трубопровода (элементов КИП и пр.). Штуцер выполняется из трубы меньшего диаметра, чем основная труба Диаметр штуцера определяется диаметром устанавливаемого на нем устройства. Для монтажа фланцевой арматуры на штуцер приваривается фланец.

Сгон

При монтаже разветвленных трубопроводов, а также арматуры необходимо предусматривать возможность их разборки для возможности проведения ремонтных работ. Для этих целей используется сгон (рис. 7) .

Рис. 7. Сгон

Сгон - труба с длинной резьбой на одном конце и короткой резьбой на другом. Длина длинной резьбы (не считая сбега) на сгоне должна быть достаточной для того, чтобы можно было навернуть на нее контргайку и затем муфту. Длинная короткой резьбы равна половине длины муфты с учетом ниток сбега. Соединение труб при помощи сгона в следующем порядке. Контргайку и муфту навертывают на длинную резьбу без уплотнения и без намазки суриком. Короткую резьбу у второй трубы подготавливают с уплотнением - намоткой льняной пряди в виде жгутика, смазанного суриком . Также подготавливают свободный конец длинной резьбы сгона. После этого муфту свертывают (сгоняют) с длинной резьбы настолько, чтобы она до отказа навернулась на короткую резьбу. Жгутик кольцом навертывают на трубу у края муфты и контргайкой сильно прижимают к муфте: прядь попадает в фаску, специально выточенную в контргайке. Если между муфтой и контргайкой нет перекоса и их торцы плотно прилегают друг к другу, соединение получается достаточно непроницаемым.

37

Лекция 6 КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Трубопроводная арматура – неотъемлемая часть любой трубопроводной системы. Расходы на нее составляют, как правило, 10-12% капитальных вложения и эксплуатационных затрат. При работе в различных системах арматура подвергается самым различным воздействиям: высоким и низким температурам, значительным давлениям, вибрациям, воздействию агрессивных жидкостей. Вследствие этого требования, предъявляемые к арматуре, чрезвычайно разнообразны. Основные из них - прочность, увеличение срока службы, надежность и долговечность, низкая стоимость и технологичность изготовления, взрывобезопасность, коррозионная стойкость - являются противоречивыми и не могут быть обеспечены одновременно, поэтому на сегодняшний день существует огромное количество различных конструкций, каждая из которых представляет определенный компромисс между этими противоречивыми требованиями.

Основные термины и определения

Трубопроводной арматурой (ТА).называют устройства, монтируемые на трубопроводах, котлах, аппаратах, агрегатах, емкостях и других установках, предназначенные для управления потоками сред путем отключения трубопроводов или их участков, распределение потоков по требуемым направлениям, регулирования различных параметров среды (давления P, расхода G, температуры Т и т.д.), выпуска среды по требуемому направлению и т.д. путем изменения проходного сечения в рабочем органе арматуры.

Какие бы функции не выполняла ТА, принцип ее действия основан только на изменении проходного сечения потока.

Конструкция арматуры в общем случае содержит следующие основные элементы: корпус с присоединительными патрубками, крышку корпуса, рабочий орган, привод.

Рабочий орган арматуры состоит из двух элементов - седла и затвора. Седло является неподвижной частью рабочего органа, расположено на кор-

пусе и представляет из себя канал или отверстие для прохода потока, окруженное уплотнительной поверхностью, к которой должен плотно примыкать затвор.

Затвор является подвижной частью рабочего органа и представляет из себя деталь или конструктивно объединенную группу деталей, предназначенных для перекрытия проходного отверстия седла и перемещающуюся или поворачивающуюся относительно седла. Затвор имеет уплотнительное кольцо для посадки на седло и герметизации рабочего органа.

Управление арматурой осуществляется при помощи деталей, образующих подвижное соединение (шток или шпиндель) в крышке корпуса или корпусе. Это подвижное соединение герметизировано по отношению к внешней среде. Для перемещения затвора используются различные механизмы, чаще всего винтовая пара. При использовании винтовой пары стержень, на котором закре-

38

плен клапан затвора, имеет винтовую резьбу и называется шпинделем. По резьбе шпинделя перемещается ходовая гайка, являющаяся вторым элементом винтовой пары. Если же затвор перемещается возвратно-поступательно без вращения, то стержень называется штоком. При ручном управлении или электрическом приводе чаще используют шпиндельную ТА, а при наличии мембранного или поршневого привода для перемещения затвора используется шток.

При работе ТА ее конструктивные элементы соприкасаются с различными потоками сред. Различают следующие виды сред: рабочая, окружающая, командная, управляющая.

Рабочая среда - это среда, для управления потоком которой и предназначена арматура, то есть тот поток, который протекает через рабочий орган арматуры.

Окружающая среда - это среда, которая окружает корпус арматуры. Чаще всего окружающей средой является воздух, однако могут быть и другие варианты. Так, для судовой арматуры окружающей средой может быть морская вода, для нефтяной арматуры - сырая нефть и т.д.

Командная среда - это среда, посредством которой передается управляющий импульс для работы арматуры. При использовании пневмоавтоматики это может быть сжатый воздух, при использовании гидроавтоматики - масло. Для многих регуляторов роль командной среды выполняет сама рабочая среда, передавая по трубке импульс давления. При использовании электроавтоматики и электропривода командная среда отсутствует, так как управляющий импульс является электрическим.

Управляющая среда - это среда, которая осуществляет силовое воздействие для перемещения рабочего органа арматуры в требуемое положение. Она имеет место лишь в ТА, снабженной пневмоили гидроприводом. Роль управляющей среды во многих регуляторах выполняет рабочая среда, так как перемещение рабочего органа происходит под давлением рабочей среды.

Классификация трубопроводной арматуры

Классификация ТА осуществляется по различным признакам.

По целевому назначению ТА подразделяется на следующие группы:

•промышленная;

•сантехническая;

•лабораторная.

Промышленная ТА предназначена для установки на трубопроводах и технологических установках различного профиля. Она подразделяется на арматуру общего назначения, предназначенную для установки в системах, эксплуатируемых в обычных условиях, и специальную, к которой предъявляются особые требования в связи со специфическим характером систем, в которых она установлена.

Сантехническая ТА предназначена для установки во внутренних санитарнотехнических системах зданий: водоразборные краны, смесители.

39

Лабораторная ТА является, как правило, арматурой небольших размеров. Она имеет специфическую конструкцию в связи с тем, что к ней предъявляются совершенно особые требования. Она, как правило, не рассчитана на работу при больших давлениях и температурах.

По области применения

По области применения ТА подразделяется на следующие группы:

•пароводяная;

•газовая;

•нефтяная;

•энергетическая;

•химическая;

•судовая;

•резервуарная.

Пароводяная ТА является наиболее характерной для использования в системах отопления, вентиляции и теплоснабжения. Само название говорит о том, что она предназначена для работы на воде и паре. Эта арматура выпускается на широкий диапазон рабочих давлений и температур.

Энергетическая ТА является, как правило, пароводяной арматурой, предназначенной для работы при высоких давлениях и температурах, характерных для крупных энергетических котлов, турбин и других установок. Энергетические паровые котлы эксплуатируются при давлениях 300 и более атмосфер, а температура пара превышает 500 С. Столь высокие рабочие параметры предъявляют жесткие требования к материалу и качеству арматуры.

Газовая ТА предназначена для установки в системах газоснабжения. К ней предъявляются повышенные требования герметичности в связи с пожаро- и взрывоопасностью рабочей среды.

Нефтяная ТА является арматурой, предназначенной для установки в системах и трубопроводах, по которым транспортируется сырая нефть и нефтепродукты. Эта арматура должна обладать повышенной коррозионной стойкостью в связи с тем, что нефть является весьма агрессивной средой.

Химическая ТА предназначена для работы на очень агрессивной среде, включая концентрированные кислоты и щелочи. Эта арматура в основном применяется в химической промышленности и не характерна для систем ТГВ. Основным средством повышения коррозионной стойкости этой арматуры является использование специальных материалов для корпуса и деталей.

Судовая ТА разрабатывается для использования на флоте и морских сооружениях. Основным требованием к ней является высокая стойкость к воздействию морской воды, надежность, небольшие габариты и возможность работы в различных положениях в условиях качки.

Резервуарная ТА предназначена для установки на резервуарах и емкостях. Основной отличительной ее чертой является наличие одного присоединительного конца, а не двух, как у остальных типов арматуры.

По принципу управления и действия

По принципу управления и действия ТА подразделяется на следующие группы:

40