сильфонный вентиль что это
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Сильфонный вентиль
Сильфонный вентиль ( рис. П-27) имеет только одно уплотнение ( между корпусом и шпинделем), через которое при его повреждении может протекать рабочая среда. Наплавка ушютнительных поверхностей корпуса и шпинделя износостойким сплавом обеспечивает их надежную работу. Для облегчения условий эксплуатации ушютнительных поверхностей, а также по конструктивным соображениям, связанным с применением сильфона вместо сальника, вентиль имеет шпиндель, движение которого поступательное. [1]
Сильфонные вентили устанавливаются на трубопроводах и установках с взрывоопасными, пожароопасными, токсичными или особо чистыми средами, а также при требованиях вакуумирования системы. [2]
Сильфонные вентили должны удовлетворять требованиям: 1) в целях исключения разрушения сильфопа шпиндель должен совершать только поступательное движение, вращение его вокруг оси недопустимо; 2) в крышке должно быть предусмотрено дополнительное аварийное сальниковое устройство, препятствующее утечке среды из рабочей полости вентиля в случае усталостного разрушения сильфона; 3) шпиндель должен быть надежно связан с сильфоном; 4) при перемещении шпинделя сильфон должен работать только па сжатие; 5) давление среды допустимо только снаружи сильфона; 6) уплотнение между сильфоном, корпусом и шпинделем должно быть надежным и герметичным; 7) золотник и седло должны быть сцентрированы во избежание перекоса сильфона. [6]
Сильфонные вентили устанавливаются на взрывоопасных, пожароопасных, токсичных, особо чистых средах, а также при требованиях к вакуумированию системы. [7]
Сильфонные вентили устанавливаются на взрывоопасных, пожароопасных, токсичных, особо чистых средах, а также при требованиях к вакуумированию системы. [10]
Сильфонные вентили должны удовлетворять требованиям: 1) в целях исключения разрушения сильфона шпиндель должен совершать только поступательное движение, вращение его вокруг оси недопустимо; 2) в крышке должно быть предусмотрено дополнительное аварийное сальниковое устройство, препятствующее утечке среды из рабочей полости вентиля в случае усталостного разрушения сильфона; 3) шпиндель должен быть надежно связан с сильфоном; 4) при перемещении шпинделя сильфон должен работать только на сжатие; 5) давление среды допустимо только снаружи сильфона; 6) уплотнение между сильфоном, корпусом и шпинделем должно быть надежным и герметичным; 7) золотник и седло должны быть сцентрированы во избежание перекоса сильфона. [12]
Сильфонный вентиль что это
Водопровод и канализация
Насосные станции и очистные сооружения
Канализационные
Водопроводные
Пожарные
Завод Адмирал производит комплектные насосные станции для нужд водоснабжения, пожаротушения и канализации.
Сайт завода Адмирал: admiral-omsk.ru
Обзор запорных клапанов – преимущества и недостатки
Современная техника для обработки нефти, газа и других материалов включает гигантское количество разнообразных механизмов и приспособлений. Многие производители предоставляют строительным компаниям приобретать все, что нужно в одном месте, избавиться от ненужных затрат времени на поиски. На выбор всем интересующимся также предоставляются и запорные клапаны, подробная информация о которых предоставляется в данной статье для ознакомления. Запорно-регулирующие клапаны используются в трубопроводах различного диаметра. В качестве рабочей среды могут использоваться самые разнообразные материалы.
Содержание
Устройство клапанов и принцип работы
На корпусе устанавливаются два патрубка со специально заготовленными концами для соединения с трубопроводом. Клапан устанавливается в трубопровод при помощи всех существующих возможных соединений. Внутри корпуса устанавливается так называемое седло, которое перекрывается, когда опускается затвор. Шпиндель удерживается сальниковым уплотнением, установленным в крышке. Ходовая часть запорного элемента выводится за область прохождения рабочей среды при помощи так называемого бугельного узла, необходимость в котором может отсутствовать, если применяется сильфонное соединение.
Вращение шпинделя выполняется при помощи ручного штурвала, либо механического привода. Через зажатую ходовую гайку крутящий момент передается золотнику, таким образом выполняется поступательное движение запорного элемента в седло. Таким образом полностью перекрывается поток рабочей среды. Привод может выполнять поступательное движение, а не вращательное, поэтому в таких клапанах ходовую гайку можно не использовать. Вместо шпинделя устанавливается специальный гладкий шток.
Разновидности запорных клапанов
В современной промышленности устанавливаются самые разнообразные запорные клапаны. Все они имеют определенные особенности и своеобразное предназначение. Среди всех приспособлений рассматриваются три основных подкатегории:
Промышленные дыхательные клапаны используются в современных механизмах, предназначенных для хранения и последующей переработки нефтепродуктов, которые отличаются достаточно высокой степенью испаряемости. Их совокупное функциональное назначение подразумевает постоянное поддержание оптимальных условий для хранения горючих материалов. Уровень давления в резервуарах может корректироваться при установке дыхательных клапанов. Ущерб, наносимый окружающей среде, существенно снижается, благодаря снижению объемов испарений.
Появление вакуума в емкостях предотвращается, благодаря использованию непримерзающих клапанов. Главным преимущественным отличием таких устройств можно назвать адаптированность устройства к текущим климатическим условиям. Это позволяет обслуживать нефтепродукты в условиях воздействия крайне низких температур. Гидравлические клапаны имеют определенные отличия от обычных механических, которые заключаются в том, что в процессе регулировки применяется специальная вязкая по составу жидкость, которая размещается в корпусе самого клапана.
Сильфонный клапан
Сильфон достаточно широко применяется в проектировании современной трубопроводной арматуры. Этот материал может применяться в качестве достаточно чувствительного силового компонента, способствующего надежной герметизации. Сильфон являет собой надежную упругую оболочку из одного или нескольких слоев металла, либо других подходящих композиционных материалов. После проведения многочисленных деформаций оболочка сильфона всегда будет оставаться достаточно плотной и прочной. Сильфоны изготавливаются из таких материалов:
Этот элемент является уплотнительной составляющей запорного клапана. Сильфонные клапаны зачастую применяются в ситуациях, когда нужно предотвратить вероятную утечку опасных рабочих материалов в окружающую среду. Они применяются сравнительно чаще, чем сальниковые по причине полного исключения утечки опасной рабочей среды в атмосферу в течение всего эксплуатационного периода запорного узла. Однако такие приспособления имеют свои недостатки. Конструкция запорного клапана должна быть существенно усложнена для полноценного предотвращения возможной утечки. Ремонт испорченного сильфонного клапана подразумевает множество усилий и является весьма дорогостоящим. Следует рассмотреть основную категорию производителей качественных сильфонных клапанов:
В качестве запорной арматуры также применяются специальные сильфонные задвижки. В большинстве случаев такие элементы применяются с целью блокирования движущегося потока рабочей среды в трубопроводе. Управление подобными устройствами осуществляется с использованием штурвала, либо специального привода. Сильфонные задвижки в большинстве своем поставляются в Россию из Китая. У нас они почти не производятся по причине снижения на них спроса. Однако спрос у потребителя на сильфонные клапаны постоянно возрастает.
Преимущества и недостатки
Главным запирающим элементом таких клапанов является золотник, перемещающийся параллельно оси эксплуатируемой системы. В процессе использования запорной арматуры этот золотник может находиться только в двух положениях: «открыто» или «закрыто». Поток рабочей среды может быть полностью прекращен при помощи таких клапанов. Запорно-регулировочная арматура используется при необходимости регулирования интенсивности потока рабочей среды.
Регулируемые вручную запорные клапаны зачастую не комплектуются электрическими или пневматическими приводами, благодаря которым поток рабочей среды может успешно перекрываться удаленно. Однако большой популярностью сегодня пользуется магнитный привод.
Такие клапаны фиксируются на трубопроводе несколькими распространенными способами. При разделении по такому признаку можно выделить две основных категории клапанов:
Запорные клапаны имеют определенные преимущества и недостатки.
Это основные преимущества и недостатки запорных клапанов.
Клапаны с сильфонным уплотнением
Утечка в различных точках трубопроводов, которые находятся на химических заводах, создает выбросы. Все утечки могут быть обнаружены с использованием различных методов и инструментов и должны быть отмечены инженером завода. К критическим точкам утечки относятся фланцевые прокладки и уплотнение сальника клапана / насоса и т. д. Химическая перерабатывающая промышленность в настоящее время ориентируется на более безопасные технологии для лучшей защиты окружающей среды, и каждый инженер-технолог является ответственным за проектирование установок, которые ограничивают ущерб окружающей среде посредством предотвращения утечки любых токсичных химических веществ.
Утечка из клапана или набивочной камеры сальника клапана, как правило, является проблемой для технического обслуживания или инженера завода. Эта утечка означает:
Например, возьмем случай утечки пара через сальник клапана. При 150 фунтах на квадратный дюйм зазор всего в 0,001 дюйма через сальник будет означать утечку со скоростью 25 фунтов/час. Это эквивалентно потере 1,2 долл. США за восьмичасовую смену или 1100 долл. США в год. Аналогичным образом, небольшая капля в диаметре 0,4 мм в секунду расходуется около 200 литров дорогостоящего масла или растворителя в год. Эту утечку можно значительно уменьшить, используя клапан с сильфонным уплотнением. В этой статье теперь рассмотрим конструкцию и работу сильфонного уплотнения.
Сильфонная конструкция
Сильфонный картридж приварен как к крышке клапана, так и к штоку клапана. Сильфонный картридж имеет несколько витков, и эти витки сжимаются или расширяются в зависимости от перемещения штока клапана. (С научной точки зрения сильфон сжимается, когда клапан находится в открытом положении, и расширяется, когда клапан находится в закрытом состоянии). Важно правильно установить корпуса клапанов. Сильфон может крепиться к клапанам двумя разными способами. Первый способом, сильфон приваривается к штоку клапана сверху и корпусу клапана снизу. В этом случае технологическая жидкость содержится внутри сильфона, или при втором способе сильфон приваривается к штоку клапана внизу и корпусу сверху. В этом случае технологическая жидкость содержится в кольцевой области между крышкой клапана и сильфоном (снаружи).
Сильфон является критическим компонентом и образует сердцевину сильфонного уплотнения клапанов. Чтобы избежать скручивания сильфона, у клапана должен быть только стержень с линейным перемещением. Это может быть достигнуто с помощью так называемой гайки с фланцем на клапанной части крышки клапана. Маховичок крепится на гайке, которая эффективно передает вращательное движение маховика в линейное движение в штоке клапана.
Типы сильфонов
Как известно, кованые сильфоны выходят из строя в случайных местах, в то время как сварной лист обычно выходит из строя на сварном шве или вблизи него. Для обеспечения полного проникновения сильфонов и сварки торцевых буртов целесообразно изготавливать с использованием микроплазменной сварки.
Конструкция сильфона
Многослойная конструкция сильфона предпочтительна для работы с жидкостями более высокого давления (обычно два или три слоя металлической стенки). Сильфон двухслойного типа может повысить номинальное давление на 80-100% по сравнению с однослойным сильфоном той же толщины. Если же используется однослойный сильфон толщиной, эквивалентной номинальному давлению двухслойного сильфона, уменьшается длина хода. Таким образом, конструкция многослойного сильфона имеет явное преимущество перед однослойным сильфоном. Сильфон подвержен усталости металла, и она может привести к повреждению сварного шва. На усталостную прочность сильфона также влияют материал конструкции, технология изготовления, длина хода и частота хода, и обычные параметры, такие как температура жидкости и давление.
Материал сильфона
Выбор клапана
Наиболее распространенными типами клапанов, которые оснащены сильфонными уплотнениями, являются конструкции затвора и шарового шарнира. Они больше всего подходят для использования с сильфоном благодаря своей внутренней конструкции и осевому перемещению штока клапана.
Исходя из имеющейся информации, может показаться, что клапаны с уплотнением из сильфона имеют размеры от 3 мм до 650 мм. Номинальные значения давления доступны в диапазоне от ANSI 150 # до 2500 #. Варианты материала для клапанов включают углеродистую сталь, нержавеющую сталь и экзотические сплавы.
Использование
Среда теплообмена: горячее масло обычно используется в отраслях, где используются синтетическое волокно / POY (частично ориентированная нить). Тем не менее, всегда существует риск пожара по причине разлива горячего масла на легковоспламеняющиеся химические вещества. В этом случае клапаны с сильфонным уплотнением могут остановить утечку.
Вакуум / сверхглубокий вакуум: в некоторых применениях может потребоваться вакуумный насос для непрерывного отбора воздуха из трубопровода. Любые обычные клапаны, которые устанавливаются на трубопроводе, могут пропускать наружный воздух через трубопровод сальника клапана. Следовательно, сильфонный клапан является единственным решением, чтобы предотвратить прохождения воздуха через сальник.
Высокоопасные жидкости: для таких сред, как хлор, водород, аммиак и фосген, сильфонный клапан является идеальной конструкцией, поскольку утечка через сальник полностью исключена.
Атомные электростанции, установки для производства тяжёлой воды: в случаях, когда необходимо постоянно предотвращать утечку радиации, сильфонный клапан является идеальным инструментом.
Дорогостоящие жидкости: в некоторых случаях необходимо стараться избегать утечки просто по причине высокой стоимости жидкости. В этом случае экономическая оценка часто способствует использованию сильфонных клапанов.
Экологические нормы: во всем мире стандарты в отношении выбросов и окружающей среды с каждым днем становятся все более строгими. Поэтому компаниям может быть сложно расширяться в пределах существующих помещений. С использованием сильфонных клапанов, расширение возможно без вреда для окружающей среды.
Запорная арматура
Запорная арматура.
3. Типы запорных элементов:
3.2 Запорный клапан;
3.2.1 Сальниковая арматура
3.2.2 Сильфонная арматура
3.2.3 Мембранная арматура
3.3.1.1 Клиновая задвижка
3.3.1.3 Двухдисковый клин
3.3.2 Паралельная задвижка
3.3.3 Шберная задвижка
3.3.4 Шланговая задвижка
3.3.5 Задвижка с выдвижным шпинделем
3.3.6 Задвижка с не выдвижным шпинделем
3.4 Дисковый затвор (Заслонка)
4 Разновидности арматуры по присоединению:
4.1 Фланцевое присоединение арматуры;
4.2 Арматура под приварку;
4.3 Резьбовая арматура;
4.3.1 Муфтовая арматура
4.3.2 Штуцерная арматура;
4.4 Цапковая арматура.
1. Определение
Запорная арматура вид трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия потока среды. Она имеет наиболее широкое применение и составляет обычно около 80% от всего количества применяемых изделий. К запорной арматуре относят и пробно-спускную и контрольно-спускную арматуру, используемую для проверки уровня жидкой среды в ёмкостях, отбора проб, выпуска воздуха из верхних полостей, дренажа и т.д.
2. Классификация устройств может быть произведена по нескольким признакам:
Область применения:
По принципу управления и действия:
3. Типы запорных элементов.
К запорной арматуре, по признаку запирающего элемента, относят:
3.1 Кран
Кран трубопроводный- тип трубопроводной арматуры, у которого запирающий или регулирующий элемент, имеющий форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг собственной оси, произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды. Краны по типу запорного элемента разделяются на шаровые, пробковые.
Краны могут представлять собой запорные, регулирующие или распределительные устройства, и предназначены для работы с газообразными и жидкими средами, в том числе вязкими и загрязнёнными, суспензиями, пульпами, шламами. Они используются на магистральных газопроводах и нефтепроводах, в системах городского газоснабжения, на резервуарах, котлах и в других областях.
Управляются краны вручную или с помощью механического привода: электрического, пневмо- и гидравлического. В шаровых кранах, установленных на магистральных газопроводах, используются также пневмогидравлические приводы, в которых на поршень в цилиндре воздействует жидкость (масло) под давлением газа, отбираемого из трубопровода, что обеспечивает плавное и безударное срабатывание привода.
По направлению потока краны могут быть проходными, то есть направление потока не меняется, угловыми, то есть направление потока меняется на 90° и трёхходовыми, то есть иметь один выходной и два входных патрубка, что позволяет смешивать потоки сред с различными параметрами. Это свойство трёхходовых кранов используется в сантехнике в устройстве под названием смеситель.
Рисунок.1. Схема Проходного шарового крана.
Рисунок 2. Схема углового крана.
Рисунок 3. Схема трехходового крана.
Устройство
Различия в конструкциях
3.1.1 Шаровой кран
Сёдла в корпусе выполняются в виде колец из различных видов пластмасс (в основном фторопласта), что обеспечивает надёжную герметичность, лёгкость и плавность поворота шаровой пробки, но ограничивают применения таких кранов для сред с температурой не более 200°C. Также полимерные седла больше подвержены износу из за постоянного взаимодействия с кромкой отверстия в шаре.
Рисунок 4. Шаровый кран.
3.1.2 Конусный кран (игольчатый).
Это разновидность крана, запирающий или регулирующий элемент которого имеет форму конуса.
Конусный кран весьма сложно изготовить и отрегулировать так, чтобы обеспечить какую-то стабильную величину усилия, необходимого для поворота пробки, поэтому они практически непригодны для использования с электро- или пневмо-приводами и управляются вручную.
Кроме вышеперечисленных, конусные краны имеют ряд других недостатков:
Конусные краны различаются по способу уплотнения на сальниковые и натяжные, и имеют ряд специфических конструкций:
Рисунок 5. Конусный кран (игольчатый).
3.2 Запорный клапан
Достоинства и недостатки.
Кроме вышеуказанных достоинств, клапаны обладают и другими, например:
К недостаткам клапанов можно отнести:
Устройство и принцип действия
Рисунок 6. Проходной запорный клапан в разрезе. 1-шпиндель, 2-узел, 3-золотник, 4-корпус.
Корпус (на поясняющем рисунке жёлтого цвета) имеет два патрубка с концами для присоединения к трубопроводу, оно может быть любым известным способом фланцевым, муфтовым, штуцерным (отличия муфтового и штуцерного способа см. стр.32-33), цапковым, приваркой. Внутри корпуса расположено седло, которое в положении «закрыто» перекрывается затвором (золотником ). Шпиндель проходит через сальниковое уплотнение в крышке. В конструкции, изображённой на поясняющем рисунке, ходовая часть запорного органа вынесена за пределы зоны рабочей среды с помощью бугельного узла. Уплотнение может быть и сильфонным, в этом случае вынесение ходового узла не требуется.
Шпиндель передаёт крутящий момент от ручного штурвала(маховика) или механического привода через неподвижную ходовую гайку золотнику, преобразуя его в поступательное движение золотника, в крайнем нижнем положении золотник садится в седло и поток среды перекрывается. Усилие, передаваемое от привода, может быть и поступательным, в этом случае ходовая гайка отсутствует, а вместо шпинделя используется гладкий шток.
Различия в конструкциях
Конструкции уплотнения. По способу герметизации подвижного соединения шпиндель(шток)—крышка, клапаны делятся на сальниковые, сильфонные и мембранные(диафрагмовые).
3.2.1 Сальниковая арматура
Рисунок 7. Кран с сальниковым клапаном.
В некоторых случаях (среди арматуры как правило в регулирующих клапанах) для снижения трения применяются сальники со смазкой, которая подаётся извне через специальную маслёнку, в тяжело нагруженных механизмах применяется орошение штока водой, например в буровых насосах.
3.2.2 Сильфонная арматура
Рисунок 8. Кран с сильфонной сборкой
3.2.3 Мембранная арматура
Мембранные клапаны принципиально отличаются от клапанов другой конструкции.
В мембранной арматуре внешнее уплотнение обеспечивается при помощи мембраны, выполняющейся в виде упругого диска из эластичных материалов (резина, фторопласт). Профиль мембраны позволяет в центральной её части осуществлять возвратно-поступательное движение, достаточное для закрывания или открывания запорного или регулирующего органа арматуры. Мембрана устанавливается и зажимается по наружному диаметру между корпусом и крышкой, это обеспечивает герметичность соединения корпусных деталей и одновременно полностью отсекает внутреннюю полость арматуры от внешней среды.
Особенность этих клапанов состоит в том, что диафрагма одновременно может выполнять функцию затвора, перекрывая под действием шпинделя проход рабочей среды через корпус.
Такая конструкция позволяет без применения нержавеющих сталей иметь чугунные клапаны, пригодные для различных агрессивных сред. Это достигается покрытием (футеровкой) внутренних поверхностей корпуса различными коррозионностойкими материалами (фторопласт, резина, полиэтилен, эмали).
Недостатками таких клапанов являются небольшой срок службы мембраны и ограниченные небольшими давлениями и температурами пределы их применения.
Рисунок 9. Мембранный клапан, строение.
Направление потока
По конструкции корпуса и расположению на трубопроводе, связанным с направлением потока рабочей среды, запорные клапаны различаются:
Конструкция рабочего органа.
Уплотнительный элемент в клапанах бывают тарельчатыми (золотниковыми) или коническими.
Уплотнительные поверхности тарельчатого затвора могут быть плоскими или конусными, в последнем случае седло в корпусе выполняется в виде фаски. Плоские уплотнения позволяют изготавливать их из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов, они хорошо работают в жидких и газообразных средах, не содержащих взвешенных частиц. Конусные уплотнения, металл по металлу, используются для клапанов высоких давлений со взвешенными частицами в рабочей среде.
Конический запорный элемент применяется в клапанах номинальным диаметром не более 25, для номинальных давлений от 16 МПа и выше. Такие клапаны называются игольчатыми. В отличии от игольчатого (конического ) крана, игольчатый запорный элемент клапана расположен соосно потоку рабочей среды, а в игольчатом кране шпиндель и запорный элемент направлен перпендикулярно рабочей среде. Т.е в клапане уплотнительный элемент имеет поступательное движение для перекрытия потока рабочей сети, а в кранах уплотнительный элемент вращается вокруг своей оси для перекрытия.
3.3 Задвижка
Широкое распространение задвижек объясняется рядом достоинств этих устройств, среди которых:
Последнее качество делает задвижки особенно ценными для использования в магистральных трубопроводах, для которых характерно постоянное высокоскоростное движение среды.
К недостаткам задвижек можно отнести:
Задвижки обычно изготовляются полно проходными, то есть диаметр проходного отверстия арматуры примерно соответствует диаметру трубопровода, на который она устанавливается. Однако в некоторых случаях для уменьшения крутящих моментов, необходимых для управления арматурой, и снижения износа уплотнительных поверхностей, применяются суженные задвижки. Некоторое увеличение гидросопротивления при этом практически не влияет на работу системы, нежелательна установка таких задвижек лишь на магистральных трубопроводах больших диаметров.
Рисунок 10. Детальное устройство задвижки
Наиболее распространено управление задвижкой с помощью штурвала (вручную), также задвижки могут оснащаться электроприводами, гидроприводами и, в редких случаях, пневмоприводами. На задвижках большого диаметра с ручным управлением, как правило, устанавливают редуктор для уменьшения усилий открытия-закрытия.
По характеру движения шпинделя различаются задвижки с выдвижным или не выдвижным (вращаемым) шпинделем. В первом случае при открытии и закрытии задвижки шпиндель совершает поступательное или вращательно-поступательное движение, во втором — только вращательное. Основные различия задвижек — в конструкции запорного органа, по этому признаку задвижки различаются на клиновые, параллельные, шиберные и шланговые.
Устройство и принцип действия
Рисунок 11. Чертёж клиновой задвижки с выдвижным шпинделем в разрезе.
Конструкции запорных органов
3.3.1.1 Клиновые задвижки
В клиновых задвижках сёдла в корпусе расположены под небольшим углом друг к другу, а затвор представляет собой устройство в виде клина — жёсткого, упругого или двухдискового, который в положении «закрыто» плотно входит в пространство между сёдлами (см. поясняющий чертёж, клин находится в нижнем положении, между сёдлами). В зависимости от условий эксплуатации выбирается тот или иной вид клина.
Жёсткий клин обеспечивает надежную герметичность запорного органа, но для этого требуется повышенная точность обработки для совпадения угла клина с углом между сёдлами корпуса. Недостаток жёсткого клина — опасность заклинивания затвора и невозможность или трудность открытия задвижки в результате колебаний температур рабочей среды, износа или коррозии уплотнительных поверхностей
3.3.1.3 Двухдисковый клин
Такой клин образуется двумя дисками, расположенными под углом друг к другу и жёстко скрепленными между собой. В нём диски имеют возможность само установки относительно сёдел корпуса, поэтому некоторые погрешности, допускаемые при изготовлении сёдел корпуса, не влияют на герметичность в положении «закрыто». Двухдисковый клиновой затвор существенно снижает возможность заклинивания, которое свойственно жёсткому клину, и, несмотря на некоторое усложнение конструкции, имеет ряд других достоинств — малый износ уплотнительных поверхностей, высокая герметичность запорного органа, меньшее усилие, необходимое для закрытия.
Клиновые двухдисковые задвижки, входящие в судовую арматуру называют также клинкетными.
Это модификация двухдискового клина, диски которого связаны между собой упругим элементом, способным изгибаться, обеспечивая плотный контакт между уплотнительными поверхностями в положении «закрыто». В этом затворе снижены возможности само установки дисков по сравнении с двухдисковыми, хотя и сохраняется способность компенсировать некоторые деформации корпуса от нагрузок трубопровода и колебаний температур. Достоинства упругого клина — не требуется трудоёмкая пригонка затвора по корпусу (как для жёсткого клина) и конструкция более простая, чем у двухдискового. Таким образом, упругий клин в определённой степени сглаживает недостатки и сочетает достоинства двух других видов клиновых затворов.
Рисунок 12. Шиберная задвижка с электроприводом.
3.3.2. Параллельные задвижки
В параллельных задвижках уплотнительные поверхности двух сёдел в корпусе расположены параллельно друг другу. Затвор состоит из двух дисков, которые в положении «закрыто» при помощи специального клинового грибка прижимаются к сёдлам, перекрывая проход рабочей среде через корпус.
3.3.3. Шиберная задвижка
Является однодисковой разновидностью параллельной задвижки, в которой затвор называется шиберным односторонним. Такие задвижки применяются в тех случаях, когда допускается одностороннее направление потока рабочей среды и не требуется высокая герметичность запорного органа. Они предназначены для установки в качестве запорных устройств на трубопроводах, транспортирующих канализационные стоки, шламы, пульпы и другие, загрязнённые механическими примесями среды. Иногда затвор выполняется ножевым для разрушения частиц в рабочей среде, в этом случае задвижки называются шиберными ножевыми.
Рисунок 13. Чертёж шланговой задвижки в разрезе.
3.3.4 Шланговая задвижка
Задвижки с таким запорным органом принципиально отличаются от других конструкций. Корпус не имеет сёдел, а затвор — уплотнительных поверхностей. Проход среды ведётся через эластичный шланг (патрубок), вставленный в корпус и полностью изолирующий металлические детали конструкции от рабочей среды. Для перекрытия прохода шланг полностью пережимается под воздействием шпинделя (штока), поэтому такие устройства называются шланговыми, задвижками их назвали потому, что шпиндель для управления арматурой перемещается перпендикулярно к оси прохода среды, то есть работает по принципу задвижки.
Шланговые задвижки предназначены для трубопроводов, транспортирующих вязкие, пульпообразные и другие подобные среды, а также слабоагрессивные и агрессивные жидкости. Шланги изготавливают из различных марок резин, которые обеспечивают работу задвижек при давлениях до 1,6 МПа и температурах до 110 °C.
Расположение ходового узла
Большое значение для работы и области применения задвижек имеет расположение ходового узла — резьбового соединения шпиндель-гайка. Он может быть расположен внутри задвижки в рабочей среде или вне полости корпуса.
3.3.5 Задвижка с выдвижным шпинделем.
В такой конструкции резьба шпинделя и ходовая гайка расположены снаружи корпуса арматуры. Шпиндель нижним концом соединён с затвором и при вращении ходовой гайки для открытия задвижки совершает вместе с затвором только поступательное перемещение, при этом верхний конец шпинделя выдвигается на величину хода затвора. Для возможности перемещения шпинделя ходовая гайка поднята над верхней частью крышки (то есть над сальником) примерно на величину хода затвора в конструкции, которую называют бугельным узлом.
Достоинствами такой конструкции являются отсутствие вредного воздействия рабочей среды на ходовой узел и свободный доступ для его технического обслуживания, а следовательно меньший износ сальникового уплотнения и более высокая надёжность резьбовой пары и сальника.
Недостатком таких задвижек является увеличение строительной высоты и массы за счёт выхода шпинделя из крышки не менее, чем на диаметр прохода и необходимость по этой причине при монтаже оставлять свободное место для выхода шпинделя.
3.3.6. Задвижка с не выдвижным шпинделем.
В этом случае ходовая резьба находится внутри полости задвижки и при открывании шпиндель не выдвигается из крышки, сохраняя своё первоначальное положение по высоте. Ходовая гайка в этих задвижках соединена с затвором и при вращении шпинделя для открытия прохода как бы наворачивается на него, увлекая за собой затвор. В задвижках с не выдвижным шпинделем ходовой узел погружён в рабочую среду и поэтому подвержен действию коррозии и абразивных частиц в рабочей среде, к нему закрыт доступ и отсутствует возможность технического обслуживания во время эксплуатации, что приводит к снижению надёжности работы ходового и сальникового узлов.
В связи с этим такие задвижки имеют ограниченное применение — для трубопроводов, транспортирующих минеральные масла, нефть, воду, не засорённую твёрдыми примесями и не имеющими коррозионных свойств. Поскольку в задвижках с не выдвижным шпинделем затруднены наблюдение и уход за ходовым узлом, они не рекомендуются для ответственных объектов.
Достоинством такой конструкции является меньшая строительная высота, что делает целесообразным их применение для подземных коммуникаций, колодцев, нефтяных скважин и т.д.
Материалы и способы изготовления
Уплотнительные поверхности задвижек изготавливаются без колец, с кольцами из латуни, фторопласта, с наплавкой из коррозионностойкой стали, из резины (в клиновых задвижках ей может покрываться клин, а в шланговых из неё изготавливается пережимной шланг).
Задвижки с корпусами из чугуна и алюминиевого сплава выполняются при помощи литья. Этим же способом изготавливаются и стальные задвижки, но некоторые из них, а также задвижки из титановых сплавов изготавливаются методом сварки заготовок, полученных штамповкой из листового проката. Такие задвижки называют штампосварными. По своим характеристикам, эксплуатационным и прочностным, они не уступают литым задвижкам, а наоборот, детали корпусов и крышек таких задвижек изготавливаются из материала более прочного и тщательно проконтролированного, качество которого выше, чем литьё. При этом технология сварки и методы контроля сварных соединений обеспечивают высокое качество корпусных деталей, позволяющее применять такие задвижки на ответственных объектах, включая атомную энергетику.
3.4 Дисковый затвор (заслонка)
Дисковый затвор — тип трубопроводной арматуры, в котором запирающий или регулирующий элемент имеет форму диска, поворачивающегося вокруг оси, перпендикулярной или расположенной под углом к направлению потока рабочей среды. Также эти устройства называют заслонками, поворотными затворами, герметичными клапанами, гермоклапанами. Наиболее часто такая арматура применяется при больших диаметрах трубопроводов, малых давлениях среды и пониженных требованиях к герметичности рабочего органа, в основном в качестве запорной арматуры.
В дисковых затворах запирающий элемент, то есть затвор, имеет форму диска, который может перекрывать проход рабочей среде через кольцевое седло в корпусе путём поворота (как правило, на 90°) затвора вокруг оси, перпендикулярной направлению потока среды, при этом ось вращения диска может являться его собственной осью (осевые дисковые затворы) или же не совпадать с осью (эксцентриковые дисковые затворы). В связи с некоторой схожестью формы затвора с бабочкой, в англоязычных странах дисковые затворы носят название butterfly valve.
Достоинства и недостатки.
Дисковые затворы, как и шаровые краны, являются одними из самых современных и прогрессивных типов арматуры, обладающий многими важными достоинствами, среди которых:
Но имеются и недостатки, например:
Устройство и принцип действия
Рис. 14. Небольшой затвор с плоским диском.
Дисковый затвор представляет собой короткий цилиндрический корпус (1), через который протекает рабочая среда. Внутри корпуса расположена подвижная часть, диск (3), имеющий возможность вращаться вокруг своей оси и таким способом, прижимаясь к уплотнительной поверхности корпуса (2), которая на поясняющем изображении выполнена с резиновым уплотнительным кольцом, перекрывать проход рабочей среды.
Типы дисковых затворов:
Различия в конструкциях.
Затвором (подвижной частью запорного органа) этих устройств может быть плоский диск или двояковыпуклый (линзовый), чечевичного сечения.
Конструкция дисковых затворов даёт возможность применения их на различных рабочих средах с обеспечением защиты от коррозии повышенного износа внутренних поверхностей корпуса и диска, для чего используются различные способы. Самым простым из них является изготовление этих деталей из нержавеющих сталей с уплотнением резиновым кольцом (если защита не требуется, детали изготавливаются из углеродистой или легированной стали, корпуса также из чугуна). Существуют также конструкции, внутренние полости которых защищены химически- и износостойкими покрытиями в виде эластомерных или резиновых вкладышей в корпусе и резиновых или полимерных покрытий диска, что заменяет собой дополнительные прокладки.
Присоединение затвора к трубопроводу чаще всего стяжное, то есть отверстия по краю корпуса арматуры пронизывают шпильки от одного фланца трубопровода до другого, что идеально подходит к конструкции устройства, в редких случаях затворы изготавливаются с собственными фланцами для соединения с обратными фланцами трубопровода.
Управление дисковыми затворами сходно с управлением шаровыми кранами, так как эти типы арматуры требуют для полного открытия поворота запирающего элемента на 90°. Оно осуществляется вручную (на больших диаметрах с маховиком и редуктором, или механизировано, с помощью однооборотных или (для больших диаметров) многооборотных электроприводов, а также поршневых пневмо- и гидроприводов. Разновидностью дисковых затворов являются герметичные клапаны, применяемые для установки на трубопроводы малых диаметров для небольших давлений и на воздуховоды, также с небольшими давлениями.
4. Разновидности арматуры по присоединению
Трубопроводная арматура фланцевая, муфтовая, цапковая, штуцерная, под приварку.
Один из весомых поводов для классификации ─ это способ присоединения арматуры к трубопроводу, емкости или оборудованию.
Если в основу классификации положить конструктивное исполнение частей, отвечающих за присоединение, то множество технических устройств, объединенных термином «трубопроводная арматура», распадется на два больших подмножества с говорящими названиями ─ арматура трубопроводная фланцевая и бесфланцевая арматура. Прочность и герметичность присоединения первой обеспечивает наличие фланцев; присоединение второй осуществляется без их помощи. В состав «отряда» бесфланцевой арматуры входят муфтовая, цапковая, штуцерная арматура, арматура под приварку и некоторые другие.
При делении трубопроводной арматуры по способу присоединения можно исходить и из другого признака: какое ─ разъемное или неразъемное ─ соединение образуется. В этом случае почти в одиночестве (есть еще присоединение пайкой) оказывается образующая неразъемные соединения арматура под приварку. Все остальные соединения─ разъемные. Значительная часть из них ─ муфтовые, штуцерные, цапковые ─ являются резьбовыми.
4.1 Фланцевое соединение арматуры
Рисунок 14. Фланцевое соединение арматуры
Соединения с применением фланцев широко применяются в различных направлениях технологий. Повсеместное распространение получило фланцевое соединение трубопроводов и арматуры.
Слово «фланец» пришло в русский язык из немецкого языка вместе с самим фланцем, а не было присвоено на основании каких-то аналогий. В немецком существительное Flansch обозначает ровно то же самое, что и производное от него русское слово «фланец», ─ плоскую металлическую пластину на конце трубы с отверстиями для резьбового крепежа (болтов или шпилек с гайками). Привычнее, когда эта пластина круглая, но одним диском форма фланцев не ограничивается. Используются, например, квадратные и треугольные фланцы. Но круглые изготовить легче, поэтому применение прямоугольных или треугольных фланцев можно оправдать действительно весомыми причинами.
Материал, типы и особенности конструкции фланцев определяются условным диаметром, давлением рабочей среды и целым рядом других факторов.
Для изготовления фланцев трубопроводной арматуры используют серый и ковкий чугун, разные сорта стали.
Фланцы из ковкого чугуна рассчитаны на более высокое давление и широкий диапазон температур, чем фланцы, сделанные из серого чугуна. Еще более стойкими к воздействию этих факторов являются литые стальные фланцы. Стальные приварные, столь же легко перенося высокие температуры, уступают литым фланцам в максимально допустимом давлении.
Особенностями конструкции фланцев может быть наличие выступов, фасок, шипов, кольцевых выборок и т. д.
Распространенность фланцевых соединений трубопроводной арматуры обусловлена множеством присущих им достоинств. Самое очевидное из них ─ возможность многократного монтажа и демонтажа. Соблазн добавить к существительному «монтаж» прилагательное «легкий» несколько убавляется, если вспомнить о том, сколько болтов потребуется открутить и закрутить при разборке и стыковке фланцев больших диаметров (фланцевые соединения обычно используют при диаметре труб от 50 мм). Хотя и в этом случае трудоемкость монтажных работ не выйдет за пределы разумного.
Фланцевые соединения отличаются прочностью и надежностью, что позволяет использовать их для комплектации трубопроводных систем, работающих под высоким давлением. При соблюдении ряда условий фланцевые соединения обеспечивают очень хорошую герметичность. Для этого стыкуемые фланцы должны иметь аналогичные, не выходящие за рамки допустимой погрешности, присоединительные размеры. Еще одно из условий ─ обязательная периодическая подтяжка стыков, позволяющая поддерживать на должном уровне «хватку» болтовых соединений. Это особенно важно при постоянном воздействии на них механических вибраций или наличии существенных колебаний температуры и влажности окружающей среды. И чем больше диаметр трубопровода, тем это актуальнее, ведь по мере его увеличения усилие на фланцы возрастает. Герметичность фланцевых соединений во многом зависит от уплотнительной способности устанавливаемых между фланцами прокладок.
Нельзя сбрасывать со счетов деформации. Причем фланцы, выполненные из разных материалов, подвержены им в неодинаковой степени, поэтому материал, из которого он сделан, является важнейшим параметром фланца. Так, пластичные стальные фланцы деформируются легче, чем выполненные из более хрупкого, но при этом гораздо лучше держащего форму чугуна.
Недостатки фланцевой арматуры являются продолжением ее достоинств. Высокая прочность оборачивается значительными габаритными размерами и массой, которые, в свою очередь, означают повышенный расход металла (при изготовлении фланцев крупных размеров приходится использовать толстый металлический лист или круглые профили большого диаметра) и трудоемкость производства.
4.2 Арматура под приварку
Рисунок 15. Соединение крана под приварку.
К приварке арматуры прибегают, когда надежность и герметичность других видов соединений признается неудовлетворительной. Особенно востребована сварка при устройстве трубопроводных систем, в которых рабочей средой являются токсичные, ядовитые или радиоактивные жидкости и газы. В этом случае сварочное соединение, при правильном исполнении обеспечивающее 100%-ую герметичность, может оказаться оптимальным, а зачастую и единственно приемлемым решением. Важно только, чтобы такой участок системы не нуждался в частом демонтаже оборудования, выполнение которого всякий раз будет приводить к полному разрушению сварных соединений.
Благодаря сварке, объединяющей фрагменты трубопроводной системы в единое целое, удается обеспечить гармонию, или, говоря техническим языком, структурное соответствие между всеми ее элементами ─ трубами и трубопроводной арматурой. Главное, чтобы из-за различий механических свойств сварного соединения и других составляющих трубопроводной системы оно не стало ее слабым звеном.
Сварные соединения могут быть выполнены в раструб и встык. В первом случае сварочный шов располагается на внешней стороне трубы. Такой вариант обычно используется для стальной арматуры сравнительно небольшого диаметра, монтируемой в трубопроводах, работающих при высоком давлении и температуре рабочей среды.
Сварка внахлест (внахлестку; сварка нахлесточных соединений) представляет собой такой сварочный процесс, при котором соединяются два (возможно и большее их количество) листа путем полного либо частичного наложения одного на другой.
Рисунок 16. Запорный клапан с соединением под приварку «встык»-слева,«внахлест»- справа.
Во втором случае соединение может дополняться подкладным кольцом, исключающим перекос соединяемых деталей. Именно такие, отличающиеся надежностью и абсолютной герметичностью соединения используются при монтаже трубопроводных систем опасных производственных объектов, например, энергоблоков атомных электростанций.
Важными достоинствами сварных соединений, особенно по сравнению с фланцевыми, являются минимальный вес, компактность и экономия пространства.
При выполнении приварки трубопроводной арматуры к трубопроводу или емкости в обязательном порядке необходимо разобрать изделие, так как металл при сварке нагревается, что может привести к расплавлению полимерных уплотнителей.
Еще один способ присоединения арматуры ─ пайка, которую применяют для медных труб с небольшим диаметром. Конец трубопровода, обработанный припоем, вставляется в выполненную в патрубке проточку.
4.3 Резьбовая арматура.
Резьбовая арматура делится на муфтовую и штуцерную.
4.3.1 Муфтовая арматура.
Рисунок 17. Кран с муфтовым присоединением
Одним из наиболее распространенных в технике, является муфтовое соединение арматуры. Муфтовая арматура- это арматура, имеющая присоединительные патрубки с внутренней резьбой.
Его применяют для различных типов арматуры малого и среднего диаметра, работающих при низких и средних давлениях, корпус которых изготовлен из чугуна или сплавов цветных металлов. Если давление высокое, то предпочтительнее использовать цапковую арматуру.
В присоединительных патрубках муфтовой арматуры резьба находится с внутренней стороны. Как правило, это трубная резьба ─ дюймовая резьба с мелким шагом. Ее формируют различными способами ─ накаткой, нарезкой, штамповкой. Важно, что при мелком шаге резьбы высота зубьев не зависит от диаметра трубопровода. Снаружи присоединительные концы оформляют в виде шестигранника, чтобы было удобно пользоваться ключом.
Мелкая резьба муфтового соединения плюс использование специальных вязких смазок, льняных прядей или фторопластового уплотнительного материала (ленты ФУМ) гарантируют его высокую герметичность. Муфтовое соединение не требует использования дополнительных крепежных деталей (например, болтов или шпилек, как во фланцевом соединении). Но нельзя не учитывать, что наворачивание муфты на резьбу с уплотнением требует немалых усилий, тем больших, чем больше диаметр трубопровода.
4.3.2 Штуцерная арматура.
Рисунок 18. Штуцерная арматура.
4.4 Цапковая арматура
Рисунок 18. Арматура с цапковым соединением.
Термин «цапковое соединение» вошел в широкий обиход в конце XIX столетия. Его главные атрибуты для трубопроводной арматуры ─ присоединительные патрубки с наружной резьбой и наличия буртика. Конец трубопровода с буртиком накидной гайкой прижимается к торцу патрубка арматуры. Цапковое соединение используется для арматуры высокого давления небольших размеров, в частности, приборов КИП. Оно эффективно при ввинчивании арматуры в корпус сосудов, аппаратов, установок или машин. Его герметичность обеспечивается наличием прокладок и специальными смазками.
Всем резьбовым соединениям свойственны такие достоинства как минимальное количество присоединительных элементов, малая металлоемкость и, соответственно, небольшая масса, технологичность. Эффективный монтаж резьбовых соединений требует совпадения внутренней и наружной резьбы, использование мягких или вязких материалов для уплотнения. Но при этом следует учитывать, что нарезка резьбы уменьшает толщину стенки трубы, поэтому такой тип соединения плохо подходит для тонкостенных труб.
Функциональные возможности, работоспособность и надежность трубопроводной системы определяется не только параметрами входящей в ее состав арматуры, но и тем, насколько качественно выполнено соединение арматуры, выбору и выполнению которого всегда следует уделять повышенное внимание.