Казарезов Проеектування пристроiв и систем пiдводных апаратiв

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

Для зменшення опору руху середовища рекомендується встановлювати всередині компенсатора напрямні стакани.

Сильфонні компенсатори застосовують для компенсації деформації в трубопроводах газів, повітря, відпрацьованої пари, прісної і морської води. Незважаючи на складність виготовлення, ці компенсатори все ширше використовують у трубопроводах ПА. Існує дванадцять типів сильфонних компенсаторів (табл. 3.8, рис. 3.10).

Таблиця 3.8. Характеристики сильфонних компенсаторів

131

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

Продовж. табл. 3.8

3

1 – фланець; 2 – сильфон; 3 – напрямний патрубок; 4 – кожух; 5 – розвантажувальна тяга; 6 – бронюючі кільця; 7 – кільце; 8 – палець; 9 – вилка; 10 – гайка упорна; 11 – шайба опорна

132

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

Обичайки для сильфонів компенсаторів виготовляють зі сталевої стрічки марки Х18Н10Т.

Гофри сильфонів компенсаторів повинні бути без складок, ум'ятин, забоїн, пропалів, рисок, що перевищують допустимі відхилення на товщину листа чи стрічки.

Усі компенсатори випробовують гідравлічним тиском на міцність (Pм = 1,5Рк) і повітрям у ванні з водою на щільність (Рщ = 0,35Ру).

Для нормальної експлуатації сильфонних компенсаторів необхідно, щоб вони не несли навантажень від ваги трубопроводів, арматури, а також були віддалені від сусідніх металевих конструкцій, трубопроводів і устаткування на відстань не менше 25 мм.

Компенсатори можуть надійно працювати в трубопроводах протягом 2000 год без огляду, технічний ресурс сильфонних компенсаторів установлюється до 25000 год, календарний термін служби – до 10 років.

Сильфонні компенсатори мають вібростійкість при амплітуді коливань до 0,3 мм із частотою до 30 Гц. Вони допускають деформації стиску (розтягу), крім компенсаторів з розвантажувальними тягами, від статичного навантаження до 15 мм; зсув осей приєднувальних кінців до 10...15 мм; деформації вигину до 3°, поворотні – до 8°; допустимі деформації стиску (розтягу) і зсуву від динамічних навантажень – до 20...25 мм. Компенсатори забезпечують перепад загальних рівнів звукових вібрацій у діапазоні частот 50...1000 Гц до 10...20 дБ. Нижче наведені матеріали основних деталей сильфонних компенсаторів:

В табл. 3.9 наведені технічні характеристики сучасного сильфонного компенсатора для трубопроводів, розрахованих на тиск до 6,7 МПа, а на рис. 3.11 показано його зовнішній вигляд і схема.

133

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

Таблиця 3.9. Характеристики сучасного компенсатора для трубопроводів,

розрахованних на тиск до 6,7 МПа

б

Рис. 3.11. Зовнішній вигляд (а) і схема (б) сучасного сильфонного компенсатора для трубопроводів під тиском 6,7 МПа

134

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

3.7. Ущільнення

Розрізняють ущільнювальні елементи для рухомих і нерухомих конструктивних вузлів. У підводних системах для рухомих ущільнень найбільш поширені ущільнювальні пружні кільця круглого перерізу з універсальними властивостями: здатністю зберігати герметичність при високих і низьких тисках як при статичному, так і динамічному навантаженні. Поряд із круглими кільцями використовують еліпсні, квадратні, плоскі й інші види ущільнювальних пристроїв. Варіанти установки круглих ущільнювальних кілець показані на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Установка ущільнювальних кілець круглого перерізу:

а – у канавці поршня; б – у канавці циліндра; в, г – торцеве

При торцевому ущільненні зменшення товщини кільця зі зростанням критичного тиску з'єднання при статичному навантаженні Рг може призвести до втрати герметичності вузла [40]. Знайдемо для цього випадку критичне значення гідростатичного тиску. Умовою відсутності натягу гумового кільця буде рівність товщини кільця глибині канавки δ . Радіус кільця в поперечному перерізі в залежності від Рг визначається за виразом

rк = PEг sin2 α .

135

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

Максимум горизонтального стиску кільця спостерігається при перпендикулярному напрямку дії навантаження α = 90°. При цьому точка зовнішньої поверхні при α = 90° є найбільш віддаленою від осі симетрії кільця. Тому критичне значення

Pг.кр = 1− 2δrк E.

Глибина канавки, що гарантує герметичність з'єднання,

δ = 2rк 1,15 + PEг

При радіальному ущільненні вузла по зовнішньому і внутрішньому діаметрах також може відбутися втрата його герметичності. У рухомих ущільнювальних вузлах при установці кільця на поршні можливе зменшення опору тертю. При установці кільця в циліндрі поверхня контакту ущільнення з рухомою деталлю, а отже, і сила тертя змінюються в меншій мірі.

Зі збільшенням робочої глибини ПА застосовуються більш тверді сорти гуми (твердість 70...90 одиниць за Шором [40]).

Методика вибору геометричних розмірів канавок під ущільнювальні пристрої докладно викладена у роботі [21]. Поряд із традиційними гумовими ущільненнями все ширше застосовуються кільця і манжети з тефлону, фторопласту й інших пластмас, що мають велику стабільність властивостей і малий коефіцієнт тертя у воді, що особливо цінно для різних виконавчих механізмів зворотно-посту- пальної чи обертальної дії.

Прокладки служать для герметизації фланцевих і штуцерних з'єднань трубопроводів. Вони повинні задовольняти такі вимоги: забезпечувати герметичність з'єднань при найменших зусиллях обтиснення, мати пружні властивості для збереження герметичності з'єднань при скривленні ущільнювальних поверхонь, зберігати можливо довше ущільнювальні властивості при експлуатації, не ушкоджувати ущільнювальних поверхонь з'єднання.

За видом матеріалу прокладки поділяються на металеві, неме-

136

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

талеві і комбіновані. Вибір типу прокладки визначається критичним значенням питомого тиску обтиснення, питомим тиском на прокладці в період експлуатації, міцністю, стійкістю до середовища, що проводиться, при робочих параметрах, релаксаційною стійкістю кріплення, повзучістю матеріалів фланців і прокладки.

Неметалеві прокладки виготовляють з листової заготовки методом вирізання чи штампування. Маючи високу пружність, вони потребують менших питомих тисків при обтисненні, але їх міцність порівняно низька. Герметичність з'єднання при тиску робочого середовища більше 1,6 МПа, як правило, може бути забезпечена тільки при захищеній конструкції затвора.

У табл. 3.10 перераховані основні неметалеві матеріали, що застосовуються для виготовлення прокладок, і межі їхнього застосування. Азбестовий картон, просочений мастилом, суриком чи рідким склом, може використовуватися для ущільнення з'єднань трубопроводів бензину, гасу, мінеральних і органічних кислот.

Таблиця 3.10. Характеристики неметалевих прокладок

137

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

Продовж. табл. 3.10

Металеві прокладки застосовуються в трубопроводах з високими тиском (більше 1,6 МПа) і температурою (більше 100 оС). Найбільш поширені завдяки простоті виготовлення плоскі, круглі і зубчасті прокладки.

Плоскі прокладки використовують при високих тисках робочого середовища в захищених стиках. Їхніми недоліками є високі зусилля обтиснення, низькі опір повзучості та пружне відновлення. Плоскі прокладки виготовляють з алюмінію, міді, свинцю, монель-металу, м'якої вуглецевої і нержавіючої сталі.

Круглі прокладки виконують із дроту алюмінію, міді, м'якої вуглецевої і нержавіючої сталі. Вони служать для ущільнення плоских поверхонь чи поверхонь із проточкою на них V-подібних канавок.

Зубчасті прокладки (рис. 3.13,а) виготовляють з різних матеріалів за допомогою механічної обробки. Найбільш широко застосовуються зубчасті прокладки зі сталі для ущільнення з'єднань трубопроводів пари і живильної води. Для трубопроводів при температурі пари до 750 К і тиску до 6,4 МПа застосовують зубчасті прокладки зі сталі марок 05КН, 08КН, 10, 15М, 20М, 15ХМ. Для трубопроводів з температурою пари до 780 К і робочим тиском до 14,0 МПа

138

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

використовують зубчасті прокладки зі сталі ОХ18Н10Т; з температурою пари до 880 К і тиском до 14,0 МПа – з азотованої сталі 35ХМЮА. Вершини зубців прокладок мають бути виконані однакової ширини (0,15...0,30 мм) і в одній площині, що перевіряється на плиті по фарбі. Допускається непаралельність площин прокладок не більше 0,05 мм. Зубчасті прокладки й ущільнювальні поверхні фланців повинні оброблятися за сьомим класом чистоти.

45о

в

Рис. 3.13. Прокладки:

а – зубчаста; б – лінзова; в – порожня

Зубчасті прокладки потребують великих зусиль обтиснення, мають порівняно малу пружність та недостатній опір повзучості при великих напругах і високих температурах. Ці недоліки не дозволяють створити надійної герметизації затворів, особливо при змінних температурах робочого середовища.

Прокладки перед установкою в з'єднаннях трубопроводів пари рекомендується обмазувати шаром мастики і графітовою обмазкою. Склад мастики: свинцевий глет – 45 %, залізні ошурки – 21 %, вохра – 17 %, крейда – 12 %, графіт – 5 % і чиста натуральна оліфа в кількості, необхідній для одержання пасти. Застосовують також мастику такого складу: Si2 – 4,07 % ; CaО4 – 12,04 %; NaCl – 0,3 %; Fe2O3 – 44,82 %; MgSO4 – 7,89 %; NaSO4 – 1,6 %; BaSO4 – 15,72 %; вода і леткі речовини – 13,56 %.

Зубчасті прокладки з міді М3 застосовують для трубопроводів

139

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

з температурою робочого середовища до 523 К, з міді Ml – до 673 К і робочим тиском до 20,0 МПа.

Ромбічні прокладки виконують з міді, м'якої вуглецевої і хромистої сталі для ущільнення штуцерних з'єднань. Мідні ромбічні прокладки придатні для ущільнення штуцерних з'єднань повітря високого тиску. Перед установкою мідні прокладки відпалюють при температурі

873…923 К.

Дляущільненняфланцевихз'єднаньтрубопроводівживильноїводи

іпари застосовують лінзові прокладки (див. рис. 3.13,б). Для трубопроводів живильної води їх виготовляють зі сталі 20, для трубопроводів пари з температурою до 750 К – зі сталі 15М, з температурою більше 750 К – зі сталі 15ХМ.

При використанні лінзових прокладок ущільнення відбувається по вузькій кільцевій смужці. Прокладки необхідно виконувати зі сталі більш м'якої, ніж упорні поверхні фланців. Ущільнювальні поверхні фланців і прокладок мають бути ретельно відшліфовані, а їхнє прилягання перевірене на фарбу. Лінзові прокладки забезпечують високу надійність герметизації затворів при високих тиску і температурі робочого середовища.

Гофровані прокладки виготовляють штампуванням з тонколистовогопрокатуалюмінію, міді, монель-металу, сталі. Дляпрокладоквикористовують метал товщиною 0,25…0,80 мм. Крок між гофрами прокладок складає 1,2…6,0 мм, висота гофрів – 0,6...3,0 мм. Гофровані одношарові прокладки застосовують при тиску робочого середовища до 3,5 МПа, двошарові і тришарові – до 7,0 МПа.

Порожні металеві прокладки (див. рис. 3.13,в) мають підвищену пружність, потребують менших зусиль обтиснення в порівнянні із суцільними і зубчастими металевими прокладками. Порожні прокладки з отворами на внутрішній стороні завдяки ефекту самоущільнення можуть працювати при тиску середовища до 350 МПа. Затяг болтів повинен забезпечувати пружні деформації порожнього кільця

іпластичні деформації тільки по смужці торкання прокладки з ущільнювальними поверхнями фланців. Для зменшення затягу болтів кільця покривають легко деформівним матеріалом. Порожні металеві прокладки виготовляють із трубок нержавіючої сталі, монель-металу, маловуглецевої сталі з товщиною стінки 0,15...3,0 мм. Як покриття використовують фторопласт-4, мідь, срібло. Для захищення ущіль-

140