1.5 Конструктивні і технологічні особливості та відмінності

Кожний вид перекривальної арматури складається з двох основних елементів: виконавчого пристрою і привода.

Виконавчий пристрій - це закритий корпус, всередині якого переміщається затвор. Корпус в основному має два приєднувальних кінці, з допомогою яких щільно скріплюється з трубопроводом. Виконавчий пристрій, призначений для герметичного перекривання трубопроводу, називається запірним. В запірних пристроях поверхні затвора і сідла, що прилягають одна до одної в період герметичного перекривання трубопроводу, називаються ущільнюючими і є запірною парою.

Запірні пристрої арматури визначаються напрямком переміщення затвора відносно сідла (рисунок 1к).

а - вентильний; б - засувний; в - крановий; г - зворотний затвір.

Рисунок 1к - Типи запірних пристроїв арматури

У зв'язку з цим розрізняють такі типи запірних пристроїв (рисунок 1к):

- вентильний, в якому затвор переміщається поступально вздовж осі проходу сідла. Арматура з таким типом запірного пристрою називається вентилями;

- засувочний, в якому затвор переміщається в площині перпендикулярній до осі проходу сідла;

- крановий, в якому затвор виготовлений у формі кулі, яка повертається в сідлі навколо своєї осі. Типовим прикладом запірного пристрою є пробковий кран, а також кульові крани, в яких передбачено постійний контакт кульового затвора з двома сідлами кільцеподібної форми;

- зворотні затвори, в яких затвор виконаний у вигляді диска з поворотом на осі і закріпленого в проході сідла. Такий вид запірного пристрою використовується в зворотних клапанах.

КРАНИ

Крани - це запірні пристрої, в яких рухома деталь затвора (пробка) має форму тіла обертання з отвором для пропускання потоку і при перекритті потоку обертається навколо своєї осі. Кран має дві основні деталі: нерухому - корпус і обертову - пробку.

Залежно від геометричної форми ущільнювальних поверхонь затвора крани поділяються на три основних типи: конічні, циліндричні і сферичні. Кожний кран має дві основні деталі - корпус і затвор.

У залежності від характеру руху затвора розрізняють крани із обертанням затвору без його піднімання і з підніманням затвора перед поворотом і наступним опусканням після повороту.

За наявністю або відсутністю звуженого проходу – крани є повнопрохідні і неповнопрохідні.

За матеріалом, з якого виготовляється корпус і затвор, відрізняють крани бронзові, латунні, чавунні, стальні, титанові, пластмасові, керамічні тощо.

За конструкцією корпуса – із суцільним корпусом, з розбірним корпусом (паралельним, перпендикулярним і нахиленим до осі труби).

За напрямком потоку і кількості патрубків розрізняють крани прохідні кутові, триходові і багатоходові.

За наявністю підігріву (охолодження) – з оболонкою для підігрівання і без неї.

Переваги кранів порівняно з іншими видами перекривальної арматури:

- обертання поворотного вала (шпинделя) передається безпосередньо на запірний пристрій;

- прямоточність руху потоку через отвір в запірному пристрої;

- компактність конструкції і менша вага.

До недоліків можна віднести складність виготовлення затворів сферичної форми.

Крани класифікують також за іншими конструктивними ознаками, наприклад, за способом створення питомого тиску на ущільнювальних поверхнях, за формою вікна проходу пробки, за кількістю проходів, за наявністю чи відсутністю звуження проходу, за типом керування і привода, за матеріалом ущільнювальних поверхонь тощо.

Ущільнювальні поверхні конічних кранів мають форму конуса. Конусність пробки (корпусу) у практиці арматуробудування приймається зазвичай залежно від антифрикційних властивостей застосовуваних матеріалів. Залежно від способу створення заданого питомого тиску між корпусом і пробкою для забезпечення необхідної герметичності у затворі крани з конічним затвором можна розділити на такі основні конструктивні типи: натяжні, сальникові зі змащуванням і з притисканням пробки.

Натяжні крани, найпростіші за конструкцією, різняться тільки за способом створення питомого тиску між корпусом і пробкою. Найбільш поширені муфтові крани з різьбовим затягуванням. Їх основні переваги полягають у простоті конструкції, у зручності та простоті регулювання зусилля затягування. От чому крани цієї конструкції застосовують для масового випуску у звичайних умовах експлуатації (наприклад, кухонні газові крани). Сальникові крани характеризуються не наявністю сальника взагалі, а тим, що необхідні для герметичності питомі тиски на конічних ущільнювальних поверхнях корпусу і пробки створюються при затягуванні сальника. Зусилля затягування передається на пробку, притискаючи її до сідла. Сальникові крани зі змащуванням застосовують тоді, коли необхідно зменшити зусилля керування при середніх і великих діаметрах умовного проходу, зменшити питомі тиски на ущільнювальних поверхнях, усунути можливість задирання контактуючих поверхонь, а також захистити ущільнювальні поверхні від корозії. У кранів із притискуванням пробки на відміну від звичайних кранів перед поворотом пробка відривається від корпусу, а після повороту притискається до нього. Іноді в практиці такі крани називають кран-засув. Таке конструктивне виконання дає змогу вирішити відразу кілька завдань: зменшити обертовий момент, необхідний для повороту пробки, виконувати поворот за відсутності контакту пробки з корпусом, що виключає небезпеку задирання ущільнювальних поверхонь; створити можливість регулювання у дуже широких межах зусиль притискування пробки до корпусу і питомих тисків на ущільнювальних поверхнях, незалежно від затягування крану.

Конічний кран - прохідний кран, що має вхідний і вихідний патрубки на загальній осі. Однак на відміну від вентилів і засувів конічні крани дають змогу легко здійснювати керування потоками відразу через кілька патрубків, кількість яких може доходити до шести-восьми. Найбільш поширені триходові крани. Вони бувають двох основних типів: із L- та Т-подібними проходами у пробці.

За останні роки почали широко використовувати сферичні крани, які, маючи всі переваги конічних кранів (простота конструкції, прямоточність, низький гідравлічний опір, сталість взаємного контакту ущільнювальних поверхонь), у той же час відрізняються від них таким: пробка і корпус завдяки сферичній формі мають менші габаритні розміри і масу, а також значну міцність і жорсткість; при невеликій збіжності радіусів сфери пробки та ущільнювального кільця теоретичний контакт між ними відбувається по колу навколо проходу, тобто навіть при неточному виготовленні поверхня контакту ущільнювальних поверхонь корпусу і пробки повністю охоплює прохід і герметизує затвор крана; меншою трудомісткістю у виготовленні (за наявності необхідного технологічного устаткування), що пояснюється відсутністю механічної обробки та особливо притирання ущільнювальних поверхонь корпусу і пробки (у сферичних кранах із кільцями із пластмаси узагалі відпадає необхідність у притиранні ущільнювальних поверхонь: пробку зазвичай хромують чи полірують). Сферичні крани характеризуються великою розмаїтістю конструкцій. Однак усі їх конструктивні різновиди можна розбити на два основних типи: крани з плаваючою пробкою і крани з плаваючими кільцями.

Характеристики кранів, які застосовуються у системах газопостачання населених пунктів України

Кран пружинний муфтовий 11Б12бк (рисунок 2к) має конусну пробку, яка притискається до ущільнювальної поверхні корпусу пружиною. Зусилля пружини регулюється гвинтом кришки. Простір між кришкою і пробкою заповнюється мастилом. Для змащування ущільнювальних поверхонь крана і розбирання достатньо натиснути на ручку – пробка притиснеться до кришки, і мастило надійде в утворену щілину, покриваючи ущільнювальні поверхні. Крани 11Б12бк призначені для застосування на внутрішньо будинкових газопроводах природного і скрапленого вуглеводневого газу з температурою до 50 °С.

Кран натяжний муфтовий 11чЗбк (рисунок 3к) склада-ється з корпусу, конусної пробки, що закінчується хвостовиком із різьбою, на який нагвинчені гайки із шайбою. Натяжна гайка забезпечує притиснення притертих ущільнювальних поверхонь корпусу і пробки. При температурі навколишнього середовища понад 25 °С для натяжних кранів необхідно застосовувати термостійке мастило такого складу, %: гірський віск 50, циліндрова олія 40 і графітовий порошок 10. При температурі нижче 20 °С крани можна змащувати технічним вазеліном або солідолом.

1- корпус; 2 - ручка; 3 - пробка; 1-пробка, 2- шайба, 3- натяжна

4 - кришка; 5 – пружина гайка, 4-корпус

Рисунок 2к - Кран пружинний Рисунок 3к - Кран натяжний

муфтовий 11Б12бк. муфтовий 11ч3бк

Кран сферичний сальниковий муфтовий 11ч38п1 (рисунок 5к) складається з чавунного корпусу і пробки сферичної форми з круглим отвором діаметром, приблизно рівним внутрішньому діаметру газопроводу. Щільність затвора забезпечується двома ущільнювальними фторопластовими кільцями зі сферичною ущільнювальною поверхнею і гумовими прокладками. Корпус складається із двох частин, з'єднаних болтами. Кран має ручку й обмежувач повороту, який характеризується меншим гідравлічним опором. Кран може установлюватися на газопроводі у будь-якому робочому положенні.

1 - корпус; 2 - фторопластове кільце; 3 - кульова пробка;

4 – з'єднувальні болти; 5 - сальникова набивка; б - ручка;

7 - сальникова гайка; 8 – гумова прокладка

Рисунок 5к - Кран сферичний сальниковий муфтовий 11ч38п1

Кран сферичний сальниковий муфтовий 11Б24п (рисунок 6к) за конструкцією аналогічний крану 11ч38п1, але має менший діаметр прохідного отвору у сферичній пробці, порівняно з умовним діаметром: при D_y =40 діаметр отвору у пробці дорівнює 31мм, при D_y = 32 - 25 мм, при D_y = 25 – 18 мм, при D_y = 20 – 12 мм, при D_y=15 і D_y=10 – 8 мм.

Рисунок 6к - Кран сферичний сальниковий муфтовий 11Б24п

При высоких давлениях среды (выше 40 кГ/см²) на пробку крана действуют большие усилия, прижимающие пробку к уплотнительной поверхности корпуса («гнездо» — в коническом кране, «седло» - в шаровом). Усилие это возрастает пропорционально квадрату диаметра прохода. Поэтому при средних и больших проходах усилия управления краном резко увеличива­ются. Кроме того, при высоких давлениях среды удельные дав­ления на уплотнительных поверхностях возрастают до такил значений, при которых задирание контактирующих поверхностей при повороте становится серьезной опасностью. Чтобы ликвиди­ровать эти недостатки, а также защитить уплотнительные поверх­ности от коррозии применяются краны со смазкой (рисунок 8к)

Без змащування (рисунок )

Спе­циальная смазка через систему канавок принудительно подается на уплотнительные поверхности корпуса и пробки. Смазка эта должна обладать хорошей адгезией к металлу, большой вязко­стью, достаточной пенетрацией, стабильностью свойств во всем диапазоне рабочих температур и хорошими антифрикционными свойствами, а также не вызывать коррозии уплотнения и не растворяться средой. Применение смазки снижает коэффици­ент трения на уплотнительных поверхностях, а следовательно, и усилия управления краном, предохраняет поверхности от зади­рания, а также и от коррозии, облегчает герметизацию затвора.

1 - болт для подачі мастила; 2 - центральний канал, 3 – кульковий

зворотний клапан; 4-6 - вертикальні та кільцеві канавки

Рисунок 8к - Кран конічний фланцевий зі змащуванням

1 – пробка; 2 - сальникова гайка; 3 - сальникова набивка; 4 – піднабивочна шайба; 5 - корпус, 6 - регулювальний болт; 7 - анкерний болт

Рисунок - Сальниковий конічний фланцевий кран

Обычные конусные краны надежно работают только в том случае, когда корпус и пробка (или только одна из этих дета­лей) изготовлены из бронзы, латуни или чугуна, обладающих хорошими антифрикционными свойствами. Однако для многих сред химической и нефтеперерабатывающей промышленности, обладающих коррозионными свойствами, возможно применение только кислотостойких сталей аустенитного класса. Эти стали обладают низкими антифрикционными свойствами и при пово­роте пробки в корпусе под давлением легко задираются. Для из­бежания опасности задирания создана конструкция крана, зани­мающего как бы промежуточное положение между краном и за­движкой (рисунок 10к).

1 - пробка, 2 - корпус, 3 - шпиндель, 4 – втулка з різзю, 5 - маховик,

6 - ручка, 7 - кришка

Рисунок 10к - Кран з пробкою, яка піднімається

Здесь пробка перед поворотом поднимается, отрываясь от уплотнительной поверхности (гнезда), затем поворачивается и вновь опускается. Таким образом исключается скольжение прижатых уплотнительных поверхностей друг по другу, а с ним и опасность задирания.

Совершенствование конструкций кранов шло и по другим пу­тям. Прежде всего следует отметить цилиндрические и сферические краны. Конический затвор обладает рядом существенных недостатков: опасность заклинивания, трудность изготовления точно соответствующих друг другу по конусности корпуса и пробки и рядом других (подробнее достоинства и недостатки каждого типа кранов разобраны в гл. II). Краны с цилиндри­ческим затвором (рисунок 11к) не имеют указанных выше недостатков и в тех случаях, когда среда достаточно вязкая, с успехом могут заменять конические.

1 - корпус, 2 - пробка, 3 - кришка, 4 - сальник

Рисунок 11к – Кран з циліндричним затвором

Кран фланцевий зі змащуванням КС (рисунок 7к) називають самозмащувальним, що досягається таким: у систему канавок, що передбачені у пробці та корпусі, при вкручуванні болта 1 подається мастило з порожнини 2 у порожнину 5 під нижній торець пробки. Під тиском мастила пробка частково піднята, а утворена плівка мастила між пробкою і корпусом забезпечує щільність затвора і зменшує тертя при повороті пробки. Для змащування використовують спеціальну кальцієву пасту на касторовій олії. Ущільнювальна мембрана виготовляється із листової латуні або білої бляхи.

Крани КС-80 і КС-100 (рисунок 7к, а) мають накидні ключі, за допомогою яких пробка повертається на 90° і фіксується обмежувачем повороту. На виступі пробки нанесена стрілка, а на верхній кришці корпусу нанесені позначки: "О" (відкрито) і "З" ( закрито). Напрямок стрілки щодо букв показує положення отвору пробки. Кран КС-150 (рисунок 7к, б) має черв'ячну передачу, яка дає змогу повертати пробку на кут 90°. Регулювати зазор між пробкою і корпусом крана можна за допомогою болта 14, який через мембрану і кульку змінює положення пробки. Для доступу до регулювального болта необхідно зняти ковпак. Крім зазначених у табл. 9.22, у системах газопостачання застосовують інші крани: ЦАМА4-1, 11Б10бк1, 11Б1бк, 11Б6бк, 11с20бк, 11с320бк, 11с321бк, 11с722бк, 11с723бк, МА-39001, МА-30005, МА-30008, 14М-1, КТС, КТРП.

а - з ручним керуванням; б - з черв'ячною передачею

1 - болт для подачі мастила; 2, 5 - порожнини для змащування;

3 - ущільнювальна мембрана; 4 - корпус; 6 - пробка; 7 - регулювальний гвинт; 8 - обмежувач повороту; 9 - кульковий зворотний клапан;

10 - ручка; 11 - черв'ячна передача; 12 - опорна кулька; 13 - ковпак;

14 - регулювальний болт; I5 - кришка

Рисунок 7к - Кран фланцевий зі змащуванням типу КС

Серед запірних пристроїв трубопровідної арматури магістральних газопроводів в експлуатаційних умовах позитивні переваги одержали крани зі сферичними затворами.

Нижче наведені технічні характеристики кранів, що випускаються ОАО "Тяжпромарматура" (Росія).

Крани сферичні DN 50,80,10,150,200,300 мм PN 1,6 МПа.

Використовуються як запірний пристрій на технологічних лініях з транспортування неагресивного природного газу, нафтопродуктів, води і пари. Крани виготовляють з ручним керуванням для наземного установлювання у помірному кліматичному виконанні. Герметичність затвора кранів забезпечується притисканням "плаваючої" пробки з хромованою поверхнею до ущільнювальних кілець, виготовлених із елестомірного матеріалу. Корпус кранів виготовлений відливанням із вуглецевої сталі.

Технічні характеристики кранів такі:

- робочий тиск - 1,6 МПа;

- герметичність затвора за класом В (ГОСТ 9544-93);

- робоче середовище: серія МА39010 – неагресивний природний газ, нафтопродукти; серія МА39015 - вода, пара;

- температура робочого середовища:

- серія МА39010 - від мінус 40 ^оС до плюс 80 ^оС;

- серія МА39015 - до плюс 180 ^оС;

- температура навколишнього середовища: від мінус 45 ^оС

до плюс 50 ^оС;

- приєднання до трубопроводу: фланцеве;

- максимальне зусилля на рукоятці (маховику) крана до

250 Н;

- термін служби - не менше 25 років.

Конструктивні характеристики кранів виробництва ОАО "Тяжпромарматура” (рисунок 9.10) наведені у таблиці 1к.

1-корпус, 2-пробка, 3-шпиндель, 4-ущільнення затвора,

5-шпилька, 6,7,8- ущільнювальні кільця

Рисунок 9к - Крани сферичні виробництва