затвору или шпинделю. При таком соединении уплотнение крышкашпиндель наиболее герметично, работоспособно при высоких и низких температурах, не требует ремонта, выдерживает значительные дозы облучениянейтронами и гамма-квантами, долговечно.
Наиболее применимы сильфоны из томпака (Л96, Л90), полутомпака, латуни, нержавеющей стали типа 12Х18Н10. Сильфоны изготавливают со-
гласно ГОСТ 21482-76 (рис. 2.7).
Соединение сильфонов между собой и с элементами уплотнения – штоком или затвором и крышкой корпуса – осуществляется пайкой или сваркой. Пайка используется в тех случаях, когда температура места соединения не превышает температуры плавления припоя. Один из видов соединения сильфонов пайкой показан на рис. 2.8, 2.9.
Рис. 2.8. Пайка сильфона сфланцем |
Рис. 2.9. Пайка сильфона со штоком |
Наиболее надежными соединения сильфонов получается сваркой аргонодуговой, роликовой и электронным лучом.
Роликовая сварка требует хорошего доступа к сварным соединениям и не требует специальной подготовки места соединения. Применяется при небольших диаметрах сильфонов.
11
Аргонодуговая сварка выполняется при специальной подготовке места соединения. Для этого сильфон помещается между присоединяемым изделием, имеющим буртик шириной 1,5–2 мм и высотой 3–5 мм и охранным кольцом тех же размеров. На рис. 2.10 и 2.11 показаны примеры сварки сильфона с фланцем и штоком.
Рис. 2.10. Сварка сильфона сфланцем: |
Рис. 2.11. |
Сварка сильфона со штоком: |
1 – фланец; 2 – сильфон; |
1 |
– шток; 2 – сильфон; |
3 – охранное кольцо |
3 – охранное кольцо |
|
В тех случаях, когда доступ к сварному соединению затруднен, оно может быть осуществлено с помощью технологических и охранных колец (рис. 2.12 и 2.13). Аналогично выполняется соединение сильфонов между собой.
Рис. 2.12. |
Сварка сильфона со штоком: |
Рис. 2.13. Сварка сильфона |
1 |
– шток; 2 – сильфон; |
с фланцем: 1 – фланец; 2 – сильфон; |
3 – технологическое кольцо; |
3 – технологическое кольцо; |
|
4 – охранное кольцо |
4 – охранное кольцо |
|
12
Кроме сильфонных уплотне- |
|
||
ний применяются также уплот- |
|
||
нения с помощью гибкой, пла- |
|
||
стичной перегородки-мембраны. |
|
||
Мембрана |
не обеспечивает |
|
|
большого перемещения |
штока, |
|
|
поэтому такие уплотнения при- |
|
||
меняются в арматуре небольших |
|
||
проходных |
сечений. |
Схема |
|
мембранного |
уплотнения для |
Рис. 2.14. Схема клапана с мембранным |
|
клапана с эксцентриковым при- |
уплотнением шток-корпус |
||
водом показана на рис. 2.14. |
|
||
Обычно применяют круглые мембраны. Соединение мембраны с корпусом и шпинделем осуществляется механически, как правило, без применения сварки и пайки. Это создает удобства при замене вышедших из строя мембран, однако герметичность при таком соединении может быть нарушена в процессе эксплуатации.
Уплотнения корпус-крышка. Это уплотнение в большинстве конструкций выполняется по типу разборных фланцевых соединений и подразделяется на:
а) соединения с неметаллическими уплотнителями, б) соединения с металлическими уплотнителями
Соединения с неметаллическими уплотнителями просты в изготовлении и надежны в эксплуатации, не требуют больших усилий для уплотнения, но имеют ограниченную термостойкость, не допускают перегрева и, следовательно, не могут применяться для высоковакуумных систем. Самые распространенные материалы – это резины марок 9024, 1015, 7889 и др., а также фторопласт-4 или тефлон, который в последние года получил очень широкое применение в арматуростроении, поскольку обладает широким рабочим температурным диапазоном: (от –195 до +250 °С), малым собственном газовыделением (в 10 раз меньше, чем у резин), не горит, не растворяется ни в одном из растворителей, не гигроскопичен, не смачивается водой и другими жидкостями, обладает малым коэффициентом трения по металлу. По стойкости к химически активным веществам он превосходит золото и платину. Его недостатки, ограничивающие применение в арматуростроении: малая упругость, большая остаточная деформация и текучесть, малая стой-
13
кость к радиационному облучению. В разъемных соединениях с использованием уплотнителя из фторопласта-4 необходимо добиваться, чтобы зазоры в стыках не превышали 0,1 мм с тем, чтобы предотвратить его вытекание.
Схемы соединений с резиновыми уплотнителями показаны на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Схемы уплотнений резиновыми кольцами
Такие уплотнения осуществляются при смыкании фланцев металла на металл и употребляются в системах среднего вакуума. Уплотнения с помощью метаболических прокладок применяются в арматуре, работающей при высоких температурах, в системах высокого вакуума, в прогреваемых вентилях. Механизм уплотнения состоит в пластической деформации металлических прокладок, которые заполняют микронеровности контактных поверхностей фланцев. Прокладочный материал может быть круглого или прямоугольного сечения. В качестве прокладочного материала применяют такие мягкие металлы, как медь, свинец, индий, алюминий, серебро, золото и др.
Для обеспечения герметичности требуется точное изготовление всех деталей – соединения, высокая чистота поверхностей. Требуется большое усилие уплотнения. Принципиальные схемы соединений с металлическими уплотнителями приведены на рис. 2.16.
14
Схема уплотнения |
|
|
Примечание |
|
|||
Разобранное |
Собранное |
|
|
|
|||
закрепленное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уплотнитель |
– |
медное |
или |
||
|
|
алюминиевое кольцо. Допус- |
|||||
|
|
кает многократный нагрев до |
|||||
|
|
300 °С |
(алюминий) |
или |
|||
|
|
450 °С(медь) |
|
|
|
||
|
|
|
|||||
|
|
Уплотнитель – медное плос- |
|||||
|
|
кое кольцо. Допускает нагрев |
|||||
|
|
или |
450 °С |
(медь). Требует |
|||
|
|
большое усилие уплотнения |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
Уплотнитель |
– |
свинцовое |
|||
|
|
кольцо 4–6 мм или индие- |
|||||
|
|
вое кольцо 0,6–1 мм. Нагрев |
|||||
|
|
до 100 °С |
|
|
|
||
|
|
|
|||||
|
|
Уплотнитель – медное коль- |
|||||
|
|
цо. |
Выдерживает нагрев |
||||
|
|
450 °С. и охлаждение до тем- |
|||||
|
|
пературы жидкого азота |
|
||||
|
|
|
|||||
|
|
Уплотнитель – медное кольцо |
|||||
|
|
(проволока) 1,5–2 мм |
|
||||
|
|
|
|
||||
Рис. 2.16. Схемы уплотнений с металлическими прокладками |
|
||||||
Уплотнение затвор-седло. Это уплотнение обеспечивает герметичность в затворе. Основные требования к уплотнению: герметичность, долговечность, минимальное усилие уплотнения, коррозионная стойкость и термостойкость, простота конструкции. Исходя из этих требований, производят выбор уплотняющего материала. Наиболее простые уплотнения стыка затвор-седло выполняются на вакуумной резине и фторопласте-4. Типичные конструкции представлены на рис. 2.17–2.22.
15
Рис. 2.17. Уплотнение стыка |
Рис. 2.18. Уплотнение стыка |
затвор-седло: 1 – затвор; 2 – седло; |
затвор-седло: 1 – затвор; 2 – седло; |
3 – прокладка (резина) |
3 – прокладка (фторопласт-4) |
Рис. 2.19. Уплотнение стыка |
Рис. 2.20. Уплотнение стыка |
затвор-седло: 1 – затвор; 2 – седло; |
затвор-седло: 1 – затвор; 2 – седло; |
3 – прокладка (резина, фторопласт-4); |
3 – прокладка; 4 – винт; 5 – шайба |
4 – гайка; 5 – шайба |
|
Рис. 2.21. Уплотнение стыка |
Рис. 2.22. Уплотнение стыка |
затвор-седло: 1 – затвор; 2 – седло; |
затвор-седло: 1 – затвор; 2 – седло; |
3 – прокладка (резина, фторопласт-4) |
3 – прокладка (резина, фторопласт-4) |
|
16 |
Уплотнения на мягких уплотнительных материалах не могут использоваться при высоких температурах. В прогреваемых клапанах, применяемых в высоковакуумных системах и др., работающих в условиях высоких температур и в радиационных полях, применяются уплотнения с твердыми металлическими уплотнителями. Герметичность стыка в этом случае достигается за счет того, что металлический затвор с такой силой вдавливается в седло, что происходит местная пластическая деформация материала, в результате которой перекрываются зазоры и возникает вид холодной сварки. Для получения надежной герметичности стыка при минимальных усилиях поверхности взаимодействующих тел необходимы высокая чистота и точность обработки, что достигается шлифованием, притиркой и полировкой. Затвор в таких уплотнениях изготавливают из более мягкого материала, чем седло (медь, алюминий), причем предусматривают частую его смену, поскольку срок службы вентилей невелик. Например, для клапанов с медным затвором число циклов (открытий-закрытий) составляет всего 500–1000. На рис. 2.23–2.30 показаны схемы уплотнений затвор-седло. Для обеспечения плотного контакта затвор-седло в указанных ранее уплотнениях необходима соосность затвора и седла. Надежное обеспечение соосности может быть осуществлено различными способами как в верхней части корпуса (см. рис. 2.27), так и в нижней (см. рис. 2.28). Соединение шпинделя и затвора в этих случаях должно обеспечивать некоторую свободу их перемещения относительно друг друга.
Рис. 2.23. Металлическое прогреваемое |
Рис. 2.24. Металлическое прогреваемое |
уплотнение: 1 – затвор; 2 – седло |
уплотнение: 1 – затвор; 2 – седло |
17
Рис. 2.25. Металлическое уплотнение |
Рис. 2.26. Металлическое уплотнение: |
затвор-седло: 1 – затвор (инконель, |
1 – затвор; 2 – седло |
монель); 2 – седло(нержавеющая сталь) |
|
Рис. 2.27. Обеспечение соосности |
Рис. 2.28. Обеспечение соосности |
затвора и седла: 1 – затвор; |
затвора и седла: 1 – затвор; 2 – седло |
2 – направляющие; 3 – корпус; |
|
4 – седло |
|
В игольчатых клапанах применяются уплотнения типа «конус по тору» (см. рис. 2.29). При этом шпиндель и затвор представляют одну деталь, а соосность достигается за счет ее упругой деформации. В игольчатых клапанах, предназначенных для тонкой регулировки потока рабочей среда, затвор представляет собой иглу с малым углом, несколько меньше чем у корпуса. В уплотнениях по схеме (см. рис. 2.29) затвор выполняется из материала более твер-
18
дого, чем седло (например, из закаленной стали). Это увеличивает срок службы устройства.
Рис. 2.29. Уплотнение затворседло |
Рис. 2.30. Уплотнение затвор-седло |
в игольчатом клапане: |
в шариковом клапане: |
1 – шпиндель; 2 – седло |
1 – шпиндель; 2 – седло; 3 – шарик |
В уплотнителях шарикового типа затвором служит закаленный шарик (см. рис. 2.30).
3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ
3.1.Клапаны, их назначение
иразличные конструктивные решения
Клапаны применяются в гидравлических, пневматических и вакуумных системах как запорные, регулирующие, дроссельные и распределительные устройства.
В зависимости от конструкции шпинделя и затвора клапаны различают:
•тарельчатого типа, когда уплотнительная поверхность – плоская, затвор изготовляется отдельно от шпинделя;
•игольчатого типа, когда уплотнительная поверхность – коническая (игольчатая), уплотнение затвор-седло происходит по типу
19
рис. 2.23, 2.24, 2.29, шпиндель (шток) и затвор представлены как одно целое или как отдельные детали;
• шарикового типа, когда уплотнительная поверхность – сферическая, затвор либо изготавливается как отдельная деталь, либо на шпинделе (штоке) имеется сферическая поверхность.
На сборочных и чертежах общего вида вентили всех типов вычерчиваются в закрытом положении.
Клапаны проходные. Типичные конструкции проходных клапанов тарельчатого типа показаны на рис. 3.1 и 3.2.
Рис. 3.1. Клапан проходной |
Рис. 3.2. Клапан проходной |
тарельчатый: 1 – корпус; 2 – прокладка; |
тарельчатый: 1 – корпус; 2 – прокладка; |
3 – затвор; 4 – шпиндель; |
3 – затвор; 4 – шпиндель; |
5 – прокладка; 6 – крышка; 7 – кольцо; |
5 – прокладка; 6 – крышка; |
8 – втулка уплотнительная (набивка); |
7 – гайка накидная; 8 – маховик; |
9 – втулка нажимная; 10 – маховик; |
9 – втулка нажимная; |
11 – гайка накидная |
10 – втулка уплотнительная |
|
(набивка сальниковая) |
Клапан работает следующим образом (см. рис. 3.1). Рабочая среда по трубопроводу подводится к отверстию (вход) корпуса 1, и если затвор 3 открыт, то через отверстие n поступает в полость m и далее через отверстие k – на выход к исполнительному механизму.
20