Трубопроводная арматура. Задвижки. Вентиля. Краны.

Обратные и предохранительные клапаны.

Технологические установки нефтехимических заводов, резервуарное и трубопроводное хозяйство заводов снабжены различной ар­матурой. Арматура предназначена для выполнения следующих функций:

разобщение оборудования; подключения его к работающей системе; регулирования проходящей через трубопровод среды (нефти, нефте­продуктов, химических веществ, продуктов пищевых производств, во­ды, пара, газа и т.д.) или поддержание в системе давления, не превышающего допустимое.

Различают запорно-регулирующую и предохранительную армату­ру. К первой относятся задвижки, вентили, краны и клапаны для сыпучих материалов. Они запирают или регулируют по­ток среды по трубопроводу принудительно, с помощью ручного, ме­ханического, гидравлического, электрического или пневматического приводов.

Ко вторым относятся обратные и предохранительные клапаны, ко­торые запирают или наоборот, открывают поток среды по трубопро­воду в зависимости от изменения режима перекачивания - давления (предохранительные клапаны) или направления движения ( обрат­ные клапаны).

Задвижки.

Задвижки (рис.2.22) наиболее распространенный тип арма­туры на заводах.

Рис. 2.22. Конструкция чугунной задвижки: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – шпиндель; 4 – мягкая набивка; 5 – нажимная втулка; 6 – гайка для подтяжки сальника; 7 – ходовая гайка; 8 – маховик; 9 – фиксирующая гайка; 10 – уплотнительное кольцо седла корпуса; 11 – уплотнительное кольцо плашки; 12 – разжимной клин; 13 – плашки.

Они ставятся на прямых участках трубопроводов и в простейшем случае представляют шиберы, разобщающие трубо­провод на две части. Перемещением шибера перпендикулярно от трубопровода можно достигнуть разной степени разобщенности (от­крытия), вплоть до полного перекрытия трубы. От способа полно­го перекрытия потока зависит конструкция запирающего органа (шибера), а следовательно и всей задвижки.

На рис.2.23 представлены два способа уплотнения шибера.

Рис. 2.23. Способы уплотнения затворов:

а – клином (1 – шибер (клин); 2 – корпус задвижки; 3 – седла)

б – плашками (1 – плашки (шибер); 2 – распорный клин; 3 – корпус задвижки)

В первом случае шибер имеет форму клина, а по обе стороны от него в корпусе задвижки имеются наклонно расположенные седла, на которые при полном опускании шибер целиком садится своими повер­хностями. Привалочные поверхности клина скошены соответственно седлам в корпусе. Плотность обеспечивается за счет сильного при­жатия клина к седлам. Такие задвижки носят название - клиновые.

Во втором случае (рис.2.23) шибер составной; он состо­ит из двух плашек, которые после опускания посредством кинемати­ческой пары клин - клин расходятся и прижимаются к седлам внутри корпуса; такие задвижки называются параллельными. Параллельные задвижки обычно бывают чугунными. Проходное сечение задвижки регулируется подъемом и опусканием плашек. Для полного запира­ния задвижки плашки опускаются до нижнего упора. При дальнейшем опускании шпинделя 3 плашки 13 раздаются распорным клином 12, упирающимся в дно корпуса 1, и плотно прижимаются к привалочным поверхностям 10, 11.

Для обеспечения герметичности затвора шпиндель должен давить на клин с силой , которая определяется по формуле:

P=P_k+P_с+P_ш,

где P_к - усилие необходимое для уплотнения поверхностей;

P_c - усилие необходимое для уплотнения сил трения в саль­никах;

P_ш - усилие на шпинделе от внутреннего давления на торец шпинделя.

где P_y - условное давление в трубопроводе;

D_В,D_Н - соответственно внутренний и наружный диаметры уплотнительного кольца;

в - ширина уплотнительного кольца;

G - вес клина.

где d_ш - диаметр шпинделя;

h - максимальная набивка сальника;

m - коэффициент трения, m₀= 0,1.

Для полного запирания задвижки необходимо к гайке (маховику) приложить крутящий момент M, который способен преодолеть мо­мент трения в резьбе M₁, и момент трения во втулке M₂:

где d₀ - средний радиус резьбы;

a - угол подъема винтовой линии;

j - угол трения, обычно j = 6 ⁰;

m - коэффициент трения во втулке m = 0,1 - 0,5 для скользящей опоры,

m = 0,01 для опоры качения.

Вентили.

Назначение вентилей такое же как и задвижек. Общий вид вен­тиля приведен на рис.2.24.

Рис. 2.24. Конструкция вентиля: 1 – корпус; 2 – крышка: 3 – шпиндель

шток; 4 – гайка ходовая; 5 – маховик; 6 – сопряжение штока с клапаном;

7 – клапан; 8 – съёмное седло клапана.

Запирающим органом вентилей являются золотники (или клапаны) - 7. Шпинделем с винтовой нарезкой 3 регулируется расстояние от торца золотника (клапана) 7 до седла 8, т.е. высота кольцево­го зазора. Для этого золотник (клапан) соединен со шпинделем, а седло закреплено в корпусе вентиля, для полного открытия вен­тиля необходимо, чтобы поверхность кольцевого зазора (рис.2.25)

Рис. 2.25. Схема расчёта подъёма клапана вентиля:

1 – седло; 2 – клапан; 3 – шток.

равнялась площади свободного сечения седла. Внутренний диаметр седла в большинстве случаев принимают равным диаметру условного прохода d_y.

Высота подъема золотника (клапана) h, соответствующая пол­ностью открытому вентилю, определится из уравнения:

откуда

Это соотношение характеризует одно из свойств вентиля, выгодно отличающего его от задвижки; для полного открытия последний не­обходимо поднять запорный орган по крайней мере на высоту рав­ную диаметру запирающего клина или плашек, что в 4 раза больше чем h=d_y/4.

Изготовление и ремонт вентилей проще, чем задвижек из-за доступности трущихся (уплотняющихся) поверхностей корпуса для обработки.

В то же время вентили имеют ограниченное применение на тех­нологических установках и применяются в основном на паро- и водопроводах. Причина заключается в конструктивных особенностях вентили, а именно в перемещении запирающего органа - золотника (клапана) перпендикулярно направлению движения среды в трубо­проводе. Благодаря этому гидравлические сопротивления в венти­лях значительно больше, чем у задвижек. Для закрытия вентилей требуются большие усилия, чем для закрытия задвижек. Их не ус­танавливают на трубопроводах с густыми и вязкими жидкостями.

Вентили могут надежно работать только при движении среди в одном направлении (так, чтобы среда шла из под клапана), в противном случае возможен отрыв клапана, который давлением сре­ды прижимается к седлу и запрет вентиль. Для избежания ошибки при монтаже, на корпусе вентиля стрелкой указано допустимое на­правление движения среды.

Краны.

Краны - наиболее простые по конструкции запорные устрой­ства (рис.2.26; 2.27). Запорным органом крана является конусная пробка, боковая поверхность которой сидит в корпусе. Для запирания крана пробку рычагом поворачивают в одну или другую сторону на 90⁰. Добиться точного регулирования расхода краном трудно, поэтому его приме­няют главным образом как запорную, а не регулирующую арматуру.

Обратные клапаны.

На технологических установках часто бывает необходимо пре­дотвратить движение среды по трубопроводу в обратном направле­нии, что может произойти при нарушении каких-либо параметров или выходе из строя оборудования.

Рис. 2.26 Сальниковый кран: Рис. 2.27. Сальниковый кран со смазкой

1 – корпус; 2 – пробка; 1 – корпус; 2 – пробка;

3 – нажимная втулка; 3 – камера для смазки; 4 – нажимная

4 – отжимной винт. втулка; 5 – мягкая набивка;

6 – обратный шариковый клапан;

7 – винтовая пробка.

Для этой цели служат обратные клапаны, пропускающие среду только в одном направлении, а при изменении направления на об­ратное автоматически разобщающие трубопровод.

Все обратные клапаны по конструкции запирающего органа де­лятся на подъемные и запирающие (рис.2.28. а,6). При изменении направления движения среды клапан под собственным весом, давле­ния среды и пружины садится уплотняющей поверхностью на стакан и запирает проход. Подъемные клапаны обеспечивают большую гер­метичность чем поворотные.

Рис. 2.28. Обратные клапаны: а – подъёмный; б – поворотный; 1 – корпус; 2 – седло; 3 – клапан; 4 – пружина; 5 – пробковая крышка-ограничитель подъёма клапана; 6 – крышка корпуса;

7 – поворотный рычаг.