МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
А.В. Блинов, А.В. Косточка, В.М. Шабанов, В.В. Щербаков
ИЗОБРАЖЕНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В КУРСЕ ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКИ
Учебное пособие
Москва 2017
УДК 744(075) ББК 30.119.7 И38
Изображение коммутационных элементов в курсе инженерной графики:
Учебное пособие / А.В. Блинов, А.В. Косточка, В.М. Шабанов, В.В. Щербаков. М.: НИЯУ МИФИ, 2017. 52 с.
Назначение пособия – помочь студентам ознакомиться с реальными изделиями, чтобы они могли в дальнейшем подготовить рабочие конструкторские документы на их изготовление.
В пособии приведены конструкции основных типов запорно-регулирующей арматуры, показаны принципы действия арматуры, взаимосвязь конструктивных особенностей отдельных составных частей с той функцией, которую это изделие выполняет. Сформулированы принципы выбора арматуры для различных целей: вакуумной техники, гидравлических систем, АЭС и т.д. Даны основные сведения о применяемых материалах, способах соединения составных частей арматуры, назначении арматуры, а также правила оформления конструкторских документов на основные части арматуры.
Пособие предназначено для студентов 3-го семестра инженерно-физических специальностей, изучающих курс инженерной графики.
Рецензент канд. техн. наук, доц. А.В. Берестов
Рекомендовано к изданию НТС кафедры «Инженерная графика» (№ 34)
ISBN 978-5-7262-2441-1 |
© Национальный исследовательский |
|
ядерный университет «МИФИ», 2017 |
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение............................................................................................. |
4 |
|
1. |
Терминология, классификация |
|
и технические характеристики |
|
|
запорно-регулирующей арматуры..................................................... |
4 |
|
2. |
Основные узлы и детали арматуры, обеспечивающие |
|
надежность и эффективность ее работы............................................ |
8 |
|
|
2.1. Уплотнительные устройства.................................................. |
8 |
3. |
Конструктивные особенности |
|
запорно-регулирующей арматуры................................................... |
19 |
|
|
3.1. Клапаны, их назначение и различные |
|
|
конструктивные решения............................................................ |
19 |
|
3.2. Краны. Конструкция и назначение...................................... |
33 |
|
3.3. Задвижки. Классификация, назначение и конструкция ...... |
38 |
4. |
Влияние условий работы арматуры на выбор материала |
|
для изготовления ее деталей............................................................ |
40 |
|
5. |
Особенности коммутационной арматуры вакуумных систем.... |
42 |
6. |
Особенности коммутационной арматуры |
|
для атомных электростанций........................................................... |
44 |
|
|
6.1. Классификация арматуры АЭС............................................ |
47 |
Список используемой литературы .................................................. |
50 |
|
3
ВВЕДЕНИЕ
Во второй части курса «Инженерная графика» первой работой является выполнение чертежей изделий вакуумной и трубопроводной коммутационной арматуры с натуры, создание эскизов и чертежей деталей, входящих в изделие, и сборочного чертежа всего изделия в соответствии с требованиями ГОСТа единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
Для выполнения работ по курсу инженерной графики в третьем семестре студенты получают индивидуальное специфицированное изделие, которое нужно изучить, понять его назначение, устройство, взаимодействие составных частей и составить на него конструкторские документы для деталей и сборочной единицы в целом.
1.ТЕРМИНОЛОГИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ
ИТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ
Арматурой трубопроводов называются различные устройства, предназначенные для управления потоками рабочих сред: с по мощью арматуры может изменяться площадь прохода, направление давления, фаза рабочей среды, а также осуществляться полное перекрытие ее потока. В качестве рабочей среды может служить жидкость, газ или пар, а также их смесь в различных пропорциях.
Запорно-регулирующая или коммутационная арматура является одним из важнейших элементов газовых, пневматических, гидравлических и вакуумных систем, широко используемых в науке и технике.
Управление потоком среды в арматуре осуществляется с по мощью рабочего, запорного или регулирующего органа, состоящего из затвора и седла (рис. 1.1). Затвор представляет собой деталь или конструктивно объединенную грушу деталей, перемещающуюся или поворачивающуюся относительно седла корпуса. Седло представляет собой неподвижную часть рабочего органа в виде уплотнительного кольца в корпусе или же часть корпуса, в закрытом состоянии плотно соприкасающуюся с затвором. При плотном прилегании затвора к седлу происходит полное перекрытие потока рабочей среды и обеспечивается герметичность.
4
Рис. 1.1. Схема работы запорного устройства
По способу перекрытия потока среды арматура подразделяется на следующие типы, определяющие также ее наименование
(рис. 1.2):
• клапана (вентили) – затвор перемещается возвратнопоступательно вдоль или параллельно направлению движения среды, в клапанах затвор иногда называют золотником (см.
рис. 1.2, а);
•задвижки – затвор перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно направлению движению среды (см. рис. 1.2, б);
•краны – затвор, имеющий форму тела вращения (конус, цилиндр, шар), поворачивается вокруг, своей оси и скользит по уплотнительной поверхности корпуса; в кранах затвор называют
пробкой (см. рис. 1.2, в);
•поворотные клапана – заслонки – затвор поворачивается вокруг оси, расположенной в плоскости седла или параллельной ей; затвор этого типа имеет, как правило, форму диска (см. рис. 1.2, г).
Рис. 1.2. Основные типы затворов
5
По функциональному назначению арматура подразделяется на следующие основные виды:
•запорная арматура, предназначенная для полного перекрытия потока среды;
•регулирующая арматура, которая служит для регулирования параметров рабочей среды (температура, давление и т.п.) посредством изменения ее расхода (в состав регулирующей арматуры в основном входят клапаны (вентили), регуляторы давления и расхода, регулирующие клапаны, а также дроссельная арматура, применяемая для значительного снижения давления);
•распределительная арматура, предназначенная для распре-
деления потока рабочей среды по определенным направлениям;
•предохранительная арматура, которая служит для предот-
вращения аварийного повышения давления путем автоматического выпуска избыточного количества рабочей среды;
•защитная арматура, предназначенная для защиты оборудования от аварийных изменений параметров среды (давление, направление потока) линии или участка (к защитной арматуре относятся быстродействующие отсечные клапаны, задвижки и краны, а также обратные клапаны и отключающие устройства).
•фазораспределительная арматура, которая служит для ав-
томатического разделения различных фаз рабочей среда (например, воды и пара);
•запорно-регулирующая арматура, которая совмещает и вы-
полняет функции запорной и регулирующей;
•специальная арматура, выполняющая определенные функции (порционные краны, редукторы, смесители т.п.).
Различие между предохранительной и защитной арматурой заключается в том, что при возникновении аварийного значения параметра среды предохранительная арматура открывается для выпуска среды, а защитная закрывается, отсекая защищаемый участок от остальной части системы трубопроводов.
Основные характеристики арматуры можно разделить на экс-
плуатационные и конструкционно-монтажные. К эксплуатацион-
ным характеристикам относятся энергетические параметры (давление, температура), пропускная способность (задается диаметром условного прохода Dу), коррозионная стойкость, тип привода, не-
6
обходимый крутящий момент для управления арматурой, время срабатывания и т.д. К конструкционно-монтажным характеристикам относятся: геометрические размеры, масса, тип присоединения
ктрубопроводу, число выходных и входных отверстий и т.п.
Вконструкции запорно-
регулирующей арматуры всех видов и типов можно выделить три основные составные части: корпус, механизм перемещения затвора (привод затвора) и уплотняющие устройства. В зависимости от условий работы и типа арматуры эти составные части имеют свои конструктивные особенности, но взаимосвязь между ними можно проследить на примере клапана, схематически показанного на
рис. 1.3. |
Рис. 1.3. Клапан с винтовым приводом |
Рабочая среда по трубопро- |
и сальниковым уплотнителем: |
воду подводится к входному |
1 – корпус; 2 – крышка; 3 – маховик; |
отверстию и движется по на- |
4 – затвор; 5 – шток; 6 – крышка |
Сальника |
|
правлению стрелки А. |
|
Далее, если затвор 4 не перекрывает входное отверстие, рабочая среда движется в направлении стрелки Б через выходное отверстие. Вращением штока 5 посредством маховика 3 можно открывать и закрывать входное отверстие, изменяя при этом проходное сечение. При движении рабочей среды возможны два пути ее попадания в окружающую среду (или, наоборот, окружающей среды в рабочую) между штоком 5 и крышкой 2 и между крышкой 2 и корпусом 1. Для обеспечения герметичности относительно окружающей среды применяют различие типы уплотнений. Наибольшую трудность вызывает обеспечение герметичности между штоком и крышкой, поскольку это соединение подвижное, подвергается износу и разгерметизации во время эксплуатации. Герметичность арматуры относительно окружающей среды – одна из важнейших ее характеристик, особенно вакуумной и арматуры, применяемой в контурах атомных электростанций (AЭС).
7
Возможно также попадание рабочей среды из входного отверстия в выходное при полностью закрытом затворе клапана, поскольку существует перепад давлений на входе и выходе. Для обеспечения герметичности в затворе необходимо, прежде всего, правильно сконструировать рабочий орган, обеспечить соосность затвора и седла, использовать наиболее подходящие для данной конструкции материалы, обеспечить необходимое давление затвора на седло и т.д.
2. ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ И ДЕТАЛИ АРМАТУРЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ НАДЕЖНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕЕ РАБОТЫ
2.1. Уплотнительные устройства
Уплотнение вдоль шпинделя. Конструкция уплотнения шпинделя (штока) относительно крышки или корпуса определяет рабочую температуру, скорость и величину перемещения шпинделя, срок службы герметичность и другие параметры.
В зависимости от конструкции уплотнения классифицируются на три вида:
1)с сальниковыми уплотнительными элементами;
2)с передачей движения через непроницаемую подвижную перегородку;
3)с гибкими уплотнительными элементами.
Наибольшее употребление в запорной арматуре получили первые два вида уплотнений. Конструкции сальниковых уплотнений весьма разнообразны и зависят от многих параметров арматуры: ее размеров, свойств рабочей среды, применяемых материалов и т.п.
На рис. 2.1, 2.2, 2.3 приведены основные схемы сальниковых уплотнений. Уплотнительные элементы в конструкциях по схемам рис. 2.1 и 2.2 изготавливаются из маслостойкой вакуумной резины. Надежная их работа может быть обеспечена лишь при полированной поверхности штока, тщательном изготовлении резиновых колец и применении смазки.
8
Рис. 2.1. Схема уплотнения Виль- |
Рис. 2.2. Схема уплотнения |
сона |
с армированными кольцами |
|
и пружиной |
Уплотнение по схеме рис. 2.3 с фторопластовой втулкой 1 не требует смазки. Фторопласт 4 менее упруг, чем резина и имеет значительную остаточную деформацию, поэтому для компенсации износа и обеспечения плотного контакта втулки 1 с подвижным штоком 2 используются упругие свойства резиновых колец 3, деформированных с помощь резьбовой втулки 4 и втулки 5.
В зависимости от свойств рабочей среды сальниковые уплотнения могут осуществляться мягкой набивкой из различных материалов (асбестовая пластинка, кожа, резина, промасленная пенька или шнур), а также специальными материалами, применяемыми, например, в арматуре АЭС.
При потере герметичности в результате износа набивки ее поджатие создается накидной гайкой, резьбовой втулкой или сальниковой крышкой (показано на рис. 2.4, 2.5). Сальниковая крышка может крепиться шпильками (вариант 1) или закладными болтами (вариант 2).
При износе сальниковой набивки в процессе эксплуатации периодически производят подтягивание крышки, накидной гайки или резьбовой втулки, поэтому на сборочных чертежах эти детали изображаются в поднятом положении.
Для обеспечения наилучшей герметичности в уплотнении крышка-шпиндель применяют сильфоны. На рис. 2.6 схематически показан вентиль с сильфонным уплотнением.
9
Рис. 2.3. Уплотнение
сфторопластовой втулкой:
1– втулка; 2 – шток; 3 – кольца резиновые; 4 – втулка резьбовая;
5 – втулка
Рис. 2.5. Крепление крышки шпильками (вариант 1) или закладными болтами (вариант 2)
Рис. 2.4. Поджатие набивки (а – накидной гайкой; б – резьбовой втулкой): 1 – шток; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – гайка накидная; 4 – втулка нажимная; 5 – корпус (крышка); 6 – втулка резьбовая
Рис. 2.6 Схема клапана с винтовым перемещением затвора и сильфонным уплотнением шпиндель-крышка: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – шпиндель; 4 – винт ходовой; 5 – затвор
Сильфон представляет собой гофрированную тонкостенную трубу, изготовленную из металла. Один конец сильфона приваривается или припаивается к крышке арматуры (или к корпусу), а другой – к
10