Курс лекций Трубы и арматура ФГОС3

•газообразные и легкотекучие жидкие среды требуют надежного уплотнения, поэтому здесь обычно применяют конусные сальниковые краны. Для создания надежной герметичности используют краны со смазкой;

•при наличии в среде взвесей и абразивных частиц (среда в виде пульпы) не рекомендуется применять краны с подъемом пробки, так как твердые частицы, попадая между корпусом и пробкой в момент ее подъема, способствуют задиранию уплотнительных поверхностей и потере герметичности крана.

•чем выше рабочее давление среды, тем более сложной будет конструкция крана. При низких давлениях среды (до 1,0 МПа) обычно применяют натяжные краны, при давлении до 4,0 МПа – сальниковые, а при давлениях свыше 4,0 МПа – краны со смазкой.

Сувеличением условного прохода возрастает контактирующая поверхность пробки и корпуса, необходимая для создания герметичности. Очевидно, что в кранах с малым условным проходом получить необходимую герметичность легче. Обычно для малых условных проходов применяют краны конические натяжные и сальниковые без смазки. Для больших условных проходов применяют краны со смазкой, которая заполняет микронеровности обработки и создает герметичность, или краны шарового типа, которые менее чувствительны к неточностям изготовления.

Обычно с повышением температуры вязкость среды уменьшается и, следовательно, требования к затвору по герметичности возрастают.

При прочих равных условиях сальниковые краны обладают большей герметичностью, чем натяжные, а краны со смазкой – большей герметичностью, чем сальниковые. Наибольшей герметичностью обладают шаровые краны.

Сточки зрения способа управления краном необходимо отметить следующее: наибольшие усилия требуются для управления кранами с коническим затвором, особенно натяжными и сальниковыми. Это объясняется тем, что сравнительно большие металлические уплотнительные поверхности контактируются без смазки. Это является одной из причин того, что в системах управления используют в основном шаровые краны.

Исполнительные механизмы систем управления наиболее просты по конструкции для запорных устройств, перемещающихся вдоль своей оси (клапаны), и поэтому краны менее распространены в автоматизированных системах управления.

71

Лекция 10 ВЕНТИЛИ

Клапан с ручным управлением, в котором затвор перемещается при помощи резьбовой пары, называется вентилем.

Вентиль (клапан) – запорная трубопроводная арматура с поступательным перемещением затвора в направлении, совпадающим с направлением транспортируемой среды.

Перемещение затвора осуществляется за счет вывинчивания или ввинчивания шпинделя в ходовую гайку. В основном вентили предназначены только для перекрывания потоков, но во многих случаях на их основе достаточно точно просто могут быть созданы дросселирующие устройства с любой расходной характеристикой.

По сравнению с другими видами запорной арматуры вентили обладают сле-

дующими преимуществами:

•отсутствие трения уплотнительных поверхностей в момент закрытия, так как затвор движется перпендикулярно, что уменьшает опасность повреждения (задиров);

•возможностью работы при высоких перепадах давления на золотнике и при больших рабочих давлениях;

•простотой конструкции, обслуживания и ремонта в условиях эксплуатации;

•меньшим ходом золотника (по сравнению с задвижками), необходимым для полного перекрытия прохода (обычно 0,25 Dу);

•относительно небольшими габаритными размерами и массой;

•герметичностью перекрытия прохода;

•возможностью использования в качестве регулируемого органа;

•установки на трубопроводе в любом положении (вертикально и горизонтально);

•безопасностью возникновения гидравлического удара.

Для перекрытия потока в трубопроводах с небольшим условным проходом и высокими перепадами давлений вентили являются единственным видом запорной арматуры. Кроме того, уплотнение золотника легко может быть выполнено из резины или пластмассы. При этом усилие, требуемое для герметизации, значительно снижается, а коррозионная стойкость уплотнения повышается.

Кнедостаткам, общим для вентилей всех конструкций относятся:

•высокое гидравлическое сопротивление ввиду двукратного изменения направления потока внутри корпуса, а также меньшего проходного сечения седла, чем у задвижек;

•невозможность их использования для сильно загрязненных сред;

•большая строительная длина (по сравнению с задвижками и дисковыми затворами) так как требуется развернуть поток внутри корпуса.

•подача среды только в определенном направлении движения потока через него (определяемом конструкцией вентиля) – когда поток подтекает под тарелку и в закрытом состоянии давит на тарелку со стороны седла;

72

• большие, с другими видами арматуры, масса, габаритные размеры и стоимость.

Классификация многочисленных конструкций вентилей может быть приведена по нескольким признакам.

По конструкции различают проходные, угловые, прямоточные и смесительные вентили.

По назначению: запорные, запорно-регулирующие и специальные. В свою очередь регулирующие могут быть подразделены по конструкции дроссельных устройств на вентили с профилирующими золотниками и игольчатые.

По конструкции затворов (золотников) различают вентили тарельчатые и диафрагмовые, а по способу уплотнения шпинделя – сальниковые и сильфонные.

По методу присоединения к трубопроводу различают муфтовые (внутрен-

нее резьбовое исполнение), штуцерные (с наружной присоединительной резьбой), фланцевые и под приварку.

Вентили изготовляют из серого и кремнистого чугуна, углеродистой и нержавеющей стали, алюминия, титановых сплавов, фарфора, керамики и винипласта. Кроме того, выпускаются чугунные вентили, гуммированные и футерованные свинцом или фаолитом.

Конструкция вентилей

Муфтовый вентиль показан на рис. 1, чугунный фланцевый вентиль на рис. 4, а вентиль под приварку изображен рис. 3.

73

Корпус вентиля разделен наклонной перегородкой на две полости. Средняя часть перегородки лежит в горизонтальной плоскости и имеет круглое отверстие. Поверхность этой части перегородки тщательно обработана. Над перегородкой находится золотник, насаженный на шпиндель. Нижняя плоскость золотника оснащается уплотнительным элементом, либо пришлифовывается к поверхности средней части перегородки (седлу) так, что при закрытом вентиле обеспечивает перекрытие потока. Для возможности подъема и опускания золотника шпиндель снабжен резьбой и ввинчивается в крышку вентиля.

сильфон уплотнительный; 9 – кольцо, приваренное к сильфонам; 10 – кольцо; 11 – крышка верхняя; 12 – втулка ходовая; 13

– указатель хода тарелки; 14 – колпачок указателя; 15 – полукольцо; 16 – маховик.

Седло может выполняться как одно целое с корпусом или изготовляться в виде втулки, запрессованной в отверстие перегородки. Во избежание просачивания жидкости по шпинделю он уплотнен сальником. Существуют также вентили и бессальниковые, например, с сильфонным уплотнением (рис. 5).

Описанные выше вентиля являются прямоточными, то есть направление течения жидкости не изменяется. Для изменения направления течения жидкости на 90 применяются угловые вентили (рис. 6).

74

Конструкция седел, золотников, крышек и сальников может быть различной, но по принципу работы все вентили одинаковы. Особое место занимают мембранные (диафрагмовые) вентили.

Мембранный клапан (рис. 7), называемый так же диафрагмовым клапаном или вентилем, отличается тем, что седло затвора выполнено на торце перегородки, установленной поперек оси движения потока, а роль золотника выполняет гибкая мембрана, изготовленная из пластмассы или резины и скрепленная со шпинделем. Мембрана (диафрагма) под действием шпинделя прогибается и перекрывает проходное сечение трубопровода. Гибкая мембрана одновременно герметизирует рабочую полость арматуры, так что не требуется наличие сальника. Мембранные клапаны применяются на агрессивных средах, солевых растворах.

Корпус мембранных вентилей, предназначенных для передачи агрессивных жидкостей, выполняется из чугуна и покрывается изнутри либо резиной или пластмассой, либо эмалируется. Шпиндель и крышка не имеют покрытия, поскольку они не соприкасаются со средой. Мембранные вентили оказывают незначительное сопротивление при проходе через них жидкостей.

Рис. 7. Мембранный (диафрагмовый) вентиль:

1 – корпус; 2 – шпиндель;

3 – диафрагма.

Жидкость, проходя по корпусу вентилей, изображенных на рис. 1-рис. 7, совершает сложный извилистый путь, что является причиной большого гидравлического сопротивления. Эти потери намного ниже в прямоточных вентилях со шпинделем, расположенным наклонно по отношению к корпусу (рис. 8 и

рис. 9).

Вентиль, показанный на рис. 8 , предназначен для передачи серной кислоты при температуре до 100 С. Корпус вентиля чугунный. Поверхности, смачиваемые средой (корпус, крышка, шпиндель, золотник, сальник), защищены покрытием из сплава свинца с сурьмой. Резьба шпинделя вынесена наружу для предупреждения воздействия на нее среды (защита резьбы невозможна). Утечке агрессивной среды по шпинделю наружу препятствует сальник значительной

75

глубины. В отличие от ранее рассмотренных конструкций, у этого вентиля шпиндель движется только поступательно, вращается же втулка, связанная с маховиком шпонкой.

Прямоточный вентиль из винипласта (рис. 9) не имеет внутренних металлических частей, требующих защиты. Вследствие низкой термостойкости винипласта и его незначительной (по сравнению с черными металлами) прочности винипластовые вентили применяются при давлениях среды не выше 0,25 МПа (2,5 кгс/см) и температуре не выше 60 С.

Рис. 10. Регулирующий вентиль:

1 – корпус; 2 – шпиндель; 3 – сальник.

76

Вентили всех рассмотренных конструкций являются не только запорными органами, но и, в отличие от кранов, обеспечивают возможность регулирования величины потока. В тех случаях, когда требуется особо тонкая регулировка подачи среды, применяют регулирующие вентили (рис. 10).

Регулирующий вентиль, применяемый на трубопроводах холодильных установок для жидкого и газообразного аммиака. Точное регулирование количества проходящей через вентиль среды достигается тем, что резьба у шпинделя очень мелкая и, следовательно, за один оборот маховика золотник перемещается на весьма незначительную высоту. Кроме того, благодаря конической форме нижней части золотника, при его подъеме кольцевое сечение прохода изменяется крайне медленно.

Привод вентилей

Вентили могут иметь ручной (открываться и закрываться вручную, вращением маховика), электромагнитный (соленоидный), электрический и пневматический привод. Вентили трех последних типов применяют для дистанционного управления открытием и закрытием прохода и при автоматическом проведении процессов.

Подъем и опускание шпинделя с золотником в вентилях электромагнитным приводом производится с помощью электромагнита (при включении тока в катушку электромагнита вентиль открывается, при выключении закрывается). Вентиль имеет также устройство для ручного управления, применяемое в случае прекращения подачи электроэнергии. Сердечник электромагнита и связанный с ним шпиндель не выходят из корпуса вентиля и коробки электромагнита. Это позволяет обойтись без сальника. Шток электромагнита при подъеме сначала открывает отверстие разгрузочного золотника, а затем поднимает основной золотник. При такой конструкции работа электромагнита облегчается.

В вентилях с электроприводом вращение вала электродвигателя передается через редуктор резьбовой втулке, опирающейся на шариковые подшипники. Вращаясь, втулка сообщает поступательное движение шпинделю, который входит в нее резьбовым концом. Время полного открытия (закрытия) вентиля электропроводом составляет 15 секунд. Для возможности управления вентилем при выходе электропривода из строя имеется ручной привод.

Закрытие и открытие прохода в вентилях с пневматическим приводом достигается пуском сжатого воздуха, имеющего давление приблизительно до 3,5 МПа, в верхнюю или соответственно в нижнюю полость воздушного цилиндра. В привод вмонтирован электрический сигнализатор, показывающий крайние положения золотника (открыто – закрыто).

Эксплуатация вентилей

Вентиль весьма надежен в работе (герметичность его достигается без особого труда), требует лишь периодической подтяжки и перебивки сальника и изредка нуждается в притирке золотника.

Вентиль допускает регулирование величины прохода, так как в нем проходное сечение при подъеме шпинделя увеличивается пропорционально воз-

77

растанию величины подъема и легко устанавливается благодаря малому подъему винтовой линии нарезки шпинделя. Вентили специальной конструкции (игольчатые) допускают особо точное регулирование подачи.

Вентили оказывают значительное сопротивление движению среды. Сопротивление вентилей в 5…10 раз больше сопротивления кранов. У вентилей с наклонным шпинделем сопротивление невелико.

Шпиндели вентилей снабжены сравнительно мелкой нарезкой, вследствие чего для полного открытия совершенно закрытого вентиля маховику требуется дать несколько оборотов (около 10). Поэтому опасность гидравлического удара при открытии и закрытии трубопровода для капельных жидкостей исключена. Однако это ни в коем случае не относится к паропроводам, где при открытии вентилей для подачи пара из холодной линии гидравлический удар возможен, если не будут приняты меры предосторожности.

Область применения вентилей весьма обширна. Их устанавливают на водопроводных линиях, на паропроводах, на линиях сжатого воздуха, вакуума и других трубопроводах. Вентили превосходят пробковые краны по удобству регулирования величины прохода.

Вентили (за исключением диафрагмовых) непригодны для установки на трубопроводах с кристаллизующимися жидкостями и загрязненными средами. Твердые частицы, попадая между седлом и золотником, не только препятствуют плотной посадке золотника на седло, но и, повреждая рабочую поверхность, служат причиной утраты герметичности.

Вверхнем положении золотник прижимается к обработанной поверхности выступа крышки, вследствие чего сальник разгружается от давления среды. Поэтому вентили, используемые как запорная арматура, должны находиться в полностью открытом положении.

Вотличие от кранов, которые могут быть установлены на трубопроводе в любом положении, при установке вентилей следует придерживаться определенных правил. Вентили желательно устанавливать таким образом, чтобы движение среды происходило из-под золотника. Особенно это относится к прямоточным вентилям. В этом случае при открывании вентиля давление рабочей среды помогает оторвать тарелку от седла. При такой установке вентиля сальник в положении закрытия не испытывает давления, а потому реже утрачивает непроницаемость. Кроме того, в этом случае перебивка сальника может производиться без остановки всего трубопровода, а только при закрытии ремонтируемого вентиля. Наконец, облегчается открытие вентиля (открытие вентиля большого диаметра на линиях высокого давления требует значительного усилия). Если же вентиль будет установлен неправильно, то в закрытом положении давление рабочей среды будет прижимать тарелку к седлу и при попытке открыть вентиль потребуется значительно большее усилие для перемещения шпинделя. Это может привести к тому, что большим усилием тарелка затвора будет сорвана со шпинделя. Для правильной установки вентиля на его корпусе отливается стрелка, направление которой совпадает с направлением движения жидкости из-под клапана. Сальники вентилей подтягивают и перебивают аналогично сальникам кранов.

78

Лекция 11 ЗАДВИЖКИ И ДИСКОВЫЕ ПОВОРОТНЫЕ ЗАТВОРЫ

Задвижка – промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий орган перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно оси потока рабочей среды (ГОСТ 24856-81).

Преимущества: незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом проходе; поток движется прямоточно – повороты потока рабочей среды отсутствуют; возможностью перекрытия потока среды большой вязкости; при перемещении затвора он не преодолевает давления среды, что позволяет уменьшить усилие, необходимое для перемещения затвора; простота обслуживания; относительно небольшая строительная длинна возможностью подачи среды в любом направлении.

Недостатки: невозможность использования для сред с кристаллизующимися включениями; небольшой допускаемый перепад давления на затворе (по сравнению с вентилями); невысокую скорость срабатывания затвора; возможность получения гидравлического удара в конце хода; большую высоту (габарит в направлении выдвижения штока как минимум два диаметра трубопровода); сильное трение уплотнительных поверхностей в момент перемещения рабочего органа; трудность ремонта изношенных уплотнительных поверхностей при эксплуатации; невозможность применения постоянной смазки уплотняющих поверхностей седла и затворов.

Принципиальная особенность задвижек в том, что при их закрывании запорный элемент не преодолевает заметные усилия от давления среды, так как он движется поперек потока. В задвижках необходимо преодолевать только трение. Площадь уплотнительных поверхностей задвижек не велика: два узких кольца вокруг прохода. Благодаря этому в задвижках легко обеспечивается относительно надежная герметичность.

Классифицируют задвижки по следующим характеристикам:

•величине рабочих давлений;

•материалу корпуса;

•типу привода;

•химическому составу рабочей среды;

•конструкции затвора.

По конструкции затвора задвижки классифицируются на параллельные и клиновые.

Клиновые задвижки можно подразделить на задвижки с цельным, упругим и составным клином.

Параллельные задвижки можно подразделить на однодисковые (шиберные) и двухдисковые.

По площади прохода задвижки и площади сечения входных патрубков задвижки классифицированы на задвижки полнопроходные и с суженым проходом. В полнопроходных задвижках диаметр прохода равен диаметру патрубков, в задвижках с суженым проходом он меньше диаметра патрубков.

79

Вряде конструкций задвижек, предназначенных для работы при высоких перепадах давления на затворе, для уменьшения усилий, необходимых для открытия и закрытия прохода, полную площадь прохода выполняют несколько меньше, чем площадь сечения входных патрубков.

Взависимости от конструкции систем винт – ходовая гайка и от расположения ходовой гайки различают задвижки с выдвижным шпинделем и с не вы-

движным шпинделем.

Задвижка с выдвижным шпинделем (штоком) – задвижка, при открытии

изакрытии которой шпиндель (шток) совершает поступательное или враща- тельно-поступательное движение (ГОСТ 24856-81). Ходовая гайка расположена в корпусе и, соответственно, шпиндель выдвигается вверх над ходовой гайкой.

Задвижка с невыдвижным шпинделем – задвижка, при открытии и закры-

тии которой шпиндель совершает вращательное движение(ГОСТ 24856-81). Ходовая гайка, соединенная со шпинделем, расположена на затворе и, соответственно, шпиндель при вращении углубляется в затвор. Задвижки с не выдвижным шпинделем должны иметь указатели степени открытия.

Задвижки изготовляются из чугуна, углеродистой и легированной стали для широкого диапазона диаметров (от 50 до 1500 мм) и давлений (от 0,8 до 10 МПа). Они предназначаются для установки на трубопроводах для воды, нефти, масел и других незагрязненных жидкостей, а также на линиях сжатого воздуха

игаза. На паропроводах используются задвижки особой конструкции.

Клиновые задвижки Клиновая задвижка – задвижка с запорным или регулирующим органом, у

которого уплотнительные поверхности расположены под углом друг к другу (ГОСТ 24856-81). Затвор в задвижках этого типа обычно называется клином, так как имеет вид плоского клина.

Существенным преимуществом клиновых задвижек являются повышенная герметичность прохода в закрытом положении, а также незначительность усилия, необходимого для обеспечения уплотнения. Так как угол между направлением усилия привода и усилиями, действующими на уплотнительные поверхности затвора, близок к 90 , то даже небольшая сила, передаваемая шпинделем, может вызвать значительные усилия в уплотнении.

К недостаткам задвижек этого типа можно отнести необходимость применения направляющих для перемещения затвора, повышенный износ уплотняющих кромок затвора, а также технологические трудности получения герметичности в затворе.

Задвижки выпускаются с цельным клином и с составным клином или двухдисковые.

Задвижка с цельным клином имеет ряд недостатков: повышенный износ уплотнительных поверхностей; потребность в индивидуальной пригонке седел и клина при сборе для обеспечения герметичности (это полностью исключает взаимозаменяемость клина и седел и усложняет ремонт); возможность заедания

80