/
Текст
Р AC HET
И КОНСТРУИРОВАНИЕ
ТРОБОПРОВОДНОЙ
АРМАТУРЫ
'.ж-
. * ’
ft
ч
'у
--•К *
МАШИнбсТП)? ->
1 ’ * *; Д‘ t *♦ * ’
Оглавление
Д. Ф. ГУРЕВИЧ
РАСЧЕТ
И КОНСТРУИРОВАНИЕ
ТРУБОПРОВОДНОЙ
АРМАТУРЫ
Издание четвертое,
переработанное и дополненное
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИНГРАД 1969
УДК 621.646 (022)
3—13—1
322—69
Конструирование и расчет трубопроводной арматуры,
Гуревич Д. Ф. Изд-во «Машиностроение», 1968 г., 888 стр.
Табл. 159. Илл. 540. Библ. 20 назв.
Книга содержит данные по вопросам конструирова-
ния и расчета трубопроводной арматуры. Приведены кон-
струкции арматуры для работы при различных условиях
и на различных средах и приводы, применяемые для управ-
ления арматурой. Представлены сведения о материалах,
применяемых для деталей арматуры. Рассмотрены во-
просы конструирования основных узлов и деталей. По-
дробно изложены методы расчета арматуры. Приведены
справочные данные, необходимые для конструирования
и расчета.
Книга предназначена для инженерно-технических ра-
ботников заводов, конструкторских бюро и проектных ин-
ститутов, а также может быть полезна студентам и аспи-
рантам высших учебных заведений.
Рецензент инж. В. В. Манеров
ПРЕДИСЛОВИЕ
Трубопроводной арматурой оснащаются многие установки и
агрегаты в химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатываю-
щей промышленности, в металлургии и энергетике.
Большое количество арматуры используется в судостроении,
холодильной промышленности, жилищном и промышленном строи-
тельстве и других отраслях народного хозяйства.
Быстрое развитие техники вызывает необходимость разработки
и изготовления большого количества различных конструкций
арматуры для самых разнообразных условий работы. Диапазоны
температур, давлений, вязкостей и других свойств применяемых
различных сред, в которых работает арматура, непрерывно рас-
ширяются, поэтому число проблем, с которыми сталкивается кон-
структор, несмотря на большое количество выполняемых экспери-
ментальных и теоретических разработок, все время возрастает.
Конструктору приходится решать различные задачи из многих
областей: механики, гидравлики, трения и износа, эрозии, корро-
зии, прочности и жесткости деталей, влияния температурных
воздействий и т. д. Он должен прежде всего учитывать условия
работы арматуры и обеспечить надежность и долговечность работы
конструкции, а также ее технологичность и возможность изготов-
ления с малыми затратами.
В связи с возрастающей ролью автоматизации управления про-
изводственными процессами увеличивается роль электрического,
пневматического и гидравлического приводов арматуры, дистан-
ционного управления арматурой, что вызывает усложнение кон-
струкций.
Данные, необходимые конструктору для проектирования тру-
бопроводной арматуры, приведены в настоящей книге. По сравне-
нию с предыдущими изданиями расширен объем материалов по
конструированию, увеличено количество таблиц и других справоч-
ных данных, предназначенных для практического использования
1* 3
в процессе конструирования. Приведено большое число конструк-
ций арматуры как отечественных, так и зарубежных, среди них
много конструкций ЦКБА (Центральное конструкторское бюро
арматуростроения).
В книге сохранены размерности, принятые в предыдущих
изданиях и применяемые пока в инженерной практике, поскольку
сохраняется действие ГОСТов, разработанных в этих единицах
измерений, и используются приборы со шкалами, градуирован-
ными в кПсм2.
Для справок приводятся соотношения между единицами, часто
встречающимися в книге, и новыми единицами ГОСТа 9867—61:
килограмм-сила 1 кГ = 9,81 н (ньютон), давление 1 кПсм2 =
= 98,1 • 103 н/м2, или приближенно 0; 1 Мн!м2 (меганьютон),
температура — Г С = Т° К — 273,15°.
Автор надеется, что изложенный в книге материал поможет
инженерно-техническим работникам в решении задач конструиро-
вания и расчета арматуры.
Все замечания и пожелания по содержанию книги автор просит
высылать по адресу: Ленинград, ул. Дзержинского, 10, Ленинград-
ское отделение издательства «Машиностроение».
Автор
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ПРОМЫШЛЕННАЯ
ТРУБОПРОВОДНАЯ
АРМАТУРА
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
НАЗНАЧЕНИЕ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ
АРМАТУРЫ
1. ВВЕДЕНИЕ
Трубопроводной арматурой называются устройства, предна-
значенные для управления движением по трубопроводам потоков
жидкостей, газов (паров), а также сыпучих материалов путем не-
посредственного на них воздействия. Трубопроводная арматура
используется также для управления движением части потока или
его отдельной фазы — жидкой или газовой.
Общая классификация арматуры, предусматривающая разде-
ление арматуры по различным признакам, приводит к сложной
схеме, неудобной для практического применения. Целесообразно
иметь ряд частных классификаций по тем или иным признакам.
Практика подтвердила правильность такого решения. В соответ-
ствии с этим имеются классификации арматуры по диаметрам тру-
бопровода, величине рабочего давления среды и температуре, по
типам арматуры, конструктивным признакам и т. д.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
Подавляющее количество арматуры устанавливается на трубо-
проводах и лишь сравнительно небольшая часть монтируется непо-
средственно на аппаратах, котлах, установках, агрегатах и пр.
Номинальный диаметр отверстия в трубе или в арматуре, слу-
жащего для прохода среды, называется условным диаметром про-
хода и обозначается Dy. Величины условных диаметров регламен-
тируются ГОСТом 355—67 и представлены в табл. 1.
Трубопроводы можно разделить на магистральные, техноло-
гические, энергетические, судовые, авиационные и т. д. Каждый
из них имеет свои характерные особенности условий монтажа и
эксплуатации, что необходимо учитывать при конструировании
арматуры. Арматура, установленная на магистральных трубопро-
водах, как правило, приводится в действие сравнительно редко.
7
Таблица I
Условные диаметры проходов Du (в мм) трубопроводов и арматуры
(по ГОСТу 355—67)
Основе ые Вс по мога тел ь н ые 3; 6; 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 8; 10; 15; 20; 25; 32; 40 13 *
Основные 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 250; 300
Вспомогательн ые 00; ’ 175; 225; 275/ 3251
Основные 330; 400; ,300; 60и; 800; 1000: 1200
Вспомогательные 375/ 450; 700; 900; 1101)
Основные 1400; 1600; 2000; 2400
Вспомогательные 1300;* 1500;* 1800 ; 2200; 2600; 2800
Основные 3000; 3100; 4000
Вспомогательн ые 3200; 3600; 3800
Примечание. Основные размеры предназначаются для трубопроводов, фитингов и арматуры общепромышленного назначения и рекомендуются для применения в первую очередь. Вспомогательные размеры не могут применяться для трубопроводов, фитингов и арматуры общепромышленного назначения. Вспо- могательные размеры, обозначенные*, могут быть применены в виде исключения лишь для обеспечения работы существующих трубопроводных систем или уста- новок, разработанных и изготовленных до ввода в действие ГОСТа 355—67.
На технологических трубопроводах она обычно эксплуатируется
более интенсивно. Так, на некоторых установках цикл открытие—
закрытие совершается в течение суток много раз. Арматура судо-
вых трубопроводов часто подвергается действию вибраций,
а в авиационных трубопроводах помимо вибраций могут возник-
нуть также ускорения, в несколько раз превышающие ускорение
силы земного притяжения.
Трубопроводы проектируются и изготовляются в соответствии
с правилами, установленными Госгортехнадзором. Исключение
составляют трубопроводы с невысокими значениями параметров
среды, например трубопроводы для пара, эксплуатируемые при
давлении до 2 кПсм2 (абс.); для воды с температурой до 120° С;
временно установленные трубопроводы со сроком действия до од-
ного года и некоторые другие. В зависимости от рода и параметров
рабочей среды энергетические трубопроводы подразделяются на
четыре категории.
К первой категории относятся трубопроводы перегретого пара
при температуре 450—660° С независимо от давления пара, а также
трубопроводы горячей воды и насыщенного пара при давлении
свыше 184 кПсм2, и температуре свыше 120' С.
Ко второй категории относятся трубопроводы перегретого пара
при температуре свыше 350 до 450' С при давлении до 39 кПсм2,
а также трубопроводы горячей воды и насыщенного пара при
давлении свыше 80 до 184 кПсм2 при температуре свыше 120° С.
8
Третью категорию составляют трубопроводы перегретого пара
при температуре свыше 250 до 350° С и давлении до 22 кПсм2,
а также трубопроводы горячей воды и насыщенного пара при дав-
лении свыше 16 до 80 кПсм2 и температуре свыше 120° С.
К четвертой категории принадлежат трубопроводы перегре-
того и насыщенного пара давлением свыше 1 до 16 кПсм2, и при тем-
пературе свыше 120 до 250° С.
Правилами безопасности, утвержденными Госгортехнадзором
СССР в газовом хозяйстве заводов черной металлургии, разре-
шается прокладка газопроводов как межцеховых, так и цеховых
с давлением до 6 кПсм2. В случае производственной необходимо-
сти допускается давление до 12 кПсм2. Для прокладки газопрово-
дов с давлением свыше 12 кПсм2 требуется разрешение Управле-
ния округа Госгортехнадзора СССР.
В зависимости от максимального рабочего давления газа газо-
проводы и газовые установки делятся на газопроводы и газоуста-
новки:
низкого давления при Рраб^ 0,15 кПсм2-,
низкого давления при 0,15 кПсм2 <^Рраб С 1 кГ/см2",
среднего давления при 1 кПсм2 < Рраб 3 кГ/слг2;
высокого давления при 3 кПсм2 <« Рра5 6 кПсмг;
высокого давления при 6 кПсм2 <ZPpa6^ 12 кПсм2.
Установка бронзовых кранов или задвижек с бронзовыми коль-
цами на газопроводах коксового газа запрещается.
Дисковые задвижки на газопроводах должны быть с выдвиж-
ным шпинделем. При наличии указателей величины открытия и
направления вращенир шпинделя допускаются задвижки с невы-
движным шпинделем. Пробки кранов должны иметь ограничитель
поворота на 90° и риску, показывающую положение крана.
После дисковых задвижек для надежного отключения отдель-
ных участков от действующих газовых сетей устанавливаются
листовые задвижки (при Рраб 0,4 кПсм2) либо заглушки. При
давлении газа свыше 3 кПсм2 дисковые задвижки и краны должны
быть стальными.
Для изготовления газопроводов применяются трубы из хорошо
сваривающихся малоуглеродистых и низколегированных сталей
с содержанием углерода не выше 0,27%. Относительное удлине-
ние стали при пятикратных образцах должно быть не менее 18%.
Трубопроводы, используемые в газовом хозяйстве городов,
промышленных предприятий или других потребителей, в зависи-
мости от давления газа подразделяются так:
газопроводы низкого давления, работающие при рабочем дав-
лении 0,05 кПсм2 и ниже;
газопроводы среднего давления, работающие при рабочем
давлении свыше 0,05 до 3 кПсм2-,
газопроводы высокого давления, работающие при рабочем
давлении свыше 3 до 6 кПсм2.
9
В городском газовом хозяйстве в зависимости от назначения
газопроводы подразделяются на транзитные, распределительные
и ответвления. Транспортировка газа по городскому газопроводу
допускается под давлением не выше 12 кПсм2.
К трубопроводам и арматуре, предназначенным для транспор-
тирования на химических производствах огне- и пожароопасных
сред, а также для токсичных сред, предъявляются высокие требо-
вания в отношении прочности и плотности. Независимо от темпе-
ратуры рабочей среды, при транспортировании их под вакуумом
или под давлением при диаметре трубопровода до 400 мм должны
применяться стальные бесшовные трубы. Сварные трубы могут
применяться только при условии изготовления их по специальным
техническим условиям.
Соединения в трубопроводах для транспортирования сжижен-
ных газов должны осуществляться главным образом сваркой.
В местах установки арматуры и с целью присоединения оборудова-
ния могут быть применены фланцевые соединения. Они могут быть
использованы и в трубопроводах, требующих периодической раз-
борки с целью очистки или замены отдельных участков.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
До настоящего времени отсутствуют стандарты на общую клас-
сификацию трубопроводной арматуры. Ниже приводятся некото-
рые данные классификации по отдельным признакам или парамет-
рам, часть из которых уже является общепринятыми или стандар-
тизованными, а некоторые должны рассматриваться как предвари-
тельные предложения, требующие уточнений и подтверждения их
целесообразности на практике.
По назначению арматуру можно подразделить на пять больших
классов:
1) запорная арматура 1 — устройства, применяемые для перио-
дического или разового включения или отключения части трубо-
провода или объекта (вентили, клапаны, задвижки, краны и др.);
2) регулирующая арматура — устройства, применяемые для
частичного перекрытия проходных сечений и изменения количества
протекающей жидкости с целью регулирования расходов, давле-
ния, уровня, температуры, состава среды и т. д. (регулирующие
клапаны, регуляторы давления, регуляторы уровня, редукцион-
ные клапаны, смесительные клапаны и др.);
3) предохранительная арматура — устройства, используемые
для ограничения рабочих параметров и предотвращения аварийных
условий: выпуска избытка среды при чрезмерном повышении
давления (предохранительные и перепускные клапаны), предот-
1 Представляется целесообразным конструкции запорной арматуры назы-
вать затворами, а узел, с помощью которого осуществляется перекрытие
потока среды, называть замком затвора.
10
вращения движения среды в обратном направлении (обратные
клапаны);
4) контрольная арматура — устройства, предназначенные для
определения наличия или уровня жидкости (пробно-спусковые
краны, указатели уровня);
5) разная арматура — устройства, применяемые, например,
для отвода одной из фаз среды: конденсата (конденсатоотводчики),
воздуха (вантузы), масла (маслоотделители) и др.
Для наглядности приводится схема классификации арматуры
по назначению.
КЛАССИФИКАЦИЯ АРМАТУРЫ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
Основными, наиболее важными и широко применяемыми пара
метрами арматуры являются следующие:
1) условный диаметр прохода Dy — номинальный внутрен
ний диаметр трубопровода, к которому присоединяется арматура
2) рабочее давление Ррад — давление, при котором осущест
вляется эксплуатация арматуры;
3) условное давление среды Ру — номинальное давление среды
соответствующее обычно рабочему давлению при темпера'
среды t = 0-и 120° С для чугунной арматуры и t = 0-ь200° С
арматуры из углеродистой стали (ГОСТ 356—59);
1
4) пробное давление Рпр — давление, при котором произво-
дится гидравлическое испытание арматуры на прочность.
Из линейных размеров необходимо выделить строительную
длину L мм, равную длине отрезка трубы, который она замещает.
Для фланцевой арматуры строительная длина равна расстоянию
между наружными торцовыми плоскостями присоединительных
фланцев. Условные диаметры проходов трубопроводной арматуры
имеют (табл. 1) 31 основной размер, предназначенный для преиму-
щественного применения, 19 вспомогательных размеров, не реко-
мендуемых для арматуры общепромышленного назначения, и 8 раз-
меров, которые могут быть использованы в виде исключения лишь
для изготовленных ранее и эксплуатируемых трубопроводов.
По размерам условного диаметра прохода можно выделить
следующие пять групп арматуры:
1) группа сверхмалых размеров до 5,0 мм включительно;
2) группа малых размеров — от 6 до 40 мм включительно; ар-
матура этих диаметров прохода применяется в разветвленной сети
водопроводов, газопроводов, в аппаратах и т. д. и изготовляется
в большом количестве;
3) группа средних диаметров прохода — от 50 до 300 мм вклю-
чительно; применяется для разводящих линий трубопроводов и
отдельных магистралей; изготовляется крупносерийно;
4) группа больших диаметров прохода — от 350 до 1200 мм\
используется в основном в магистральных трубопроводах, изго-
товляется серийно или мелкосерийно;
5) группа сверхбольших диаметров прохода — от 1400 мм и
выше; используется в основном в металлургии, гидротехнических
сооружениях и в некоторых других отраслях промышленности;
изготовляется мелкосерийно и индивидуально.
По условным давлениям арматуру можно разделить на
6 групп:
1) арматура для глубокого вакуума, используемая для давле-
ний ниже 1 • 10~3 мм рт. ст.',
2) вакуумная арматура, используемая для давления от
1 • 10“3 мм рт. ст. и выше — до 1 ата (абс.);
3) арматура малых давлений, применяемая до 16 кПсм2-,
4) арматура средних давлений — от 25 до 100 кГ!см2',
5) » высоких » — от 160 до 800 кПсм2',
6) » сверхвысоких » — от 1000 кГ!см2 и выше.
Рабочие давления при температурах до 120° С для чугуна и до
200° С для стали равны условным. При повышении температуры
допускаемое рабочее давление снижается в зависимости от мате-
риала корпусных деталей арматуры.
По температурному режиму арматуру можно разделить на пять
категорий.
1. Арматура обычная, изготовляемая из углеродистой стали,
ковкого или серого чугуна; арматура из углеродистой стали при-
12
меняется для температуры от —40 до -|-450° С, арматура из ков-
кого чугуна от —30 до 400° С; арматура из серого чугуна от —15 до
300° С. (Пределы применения при низких температурах указаны
для неответственных объектов и при низких давлениях. Для от-
ветственных объектов, например газопроводов, работающих при
температуре ниже —30°, применяется стальная арматура из
легированной стали, специальных сплавов или цветных металлов
с ударной вязкостью при рабочей температуре не менее 2 кГ -м/см2.)
2. Арматура для высоких температур, изготовляемая из спе-
циальных сталей и применяемая для температур 450—600 С.
3. Арматура жаропрочная, применяемая для температур свыше
600° С.
4. Арматура для низких температур, работающая при темпера-
турах до —70° С.
5. Арматура для глубокого холода, пригодная к эксплуатации
при температурах ниже —70° С.
При применении арматуры из углеродистой стали для темпера-
тур свыше t = 200° С рабочее давление с повышением температуры
снижается и допускается до следующих значений:
t в °C 250 300 350 400 425 450
Р раб 0,90Ру 0,80Ру 0,70Ру 0,64Ру 0,56Ру 0,42Р;/
Для арматуры, изготовленной из других сталей, снижение
рабочего давления при повышении температуры определяется
свойствами стали (табл. 2 и 3).
Рабочее давление при различных температурах может обозна-
чаться цифровыми индексами внизу буквы Р, которые соответ-
ствуют рабочей температуре среды. Например, если написано
Р400 = 64 кПсм2, то это обозначает рабочее давление среды
64 кПсм2 при температуре 400° С.
При конструировании арматуры целесообразно по возможности
максимально унифицировать детали, т. е. создавать конструкции
деталей, которые могли бы быть использованы для различных
изделий и для различных условий работы. Особенно важное значе-
ние приобретает унификация конструкций корпусных деталей,
имеющих обычно наиболее сложную форму, для производства
которых требуется изготовление моделей. Использование системы
условных давлений Ру и соответствующих им различных рабочих
давлений Рра5 при различных температурах позволяет унифициро-
вать такие сложные детали, как корпуса, крышки и другие детали
работающие в различных условиях. Одну градацию рабочих дав-
лений при различных температурах, когда данному условному
13
Температурные ступени для стальной арматуры
(по ГОСТу 356—59)
Таблица 2
Группа сталей Марки сталей Номер температурной ступени
Номер Обо- значе- ние Наименование 1 2 3 i 4 5 6 1 7 8 1 9 1 10 I 11 1 12 | 13
Температура >абочей среды в °C
I с Углеродистая (С <0,3) Ст.З; МСт.4; 25 До 200 225 250 275 300 325 350 375 400 410 425 430 435
II м Молибденовая 16М До 200 275 320 375 450 465 475 — — — —
III MX Хромомолибденовая 12МХ До 200 275 320 375 450 475 490 495 500 505 510 510 515
IV хм Хромомолибденовая 15ХМА; 20ХМЛ До 200 275 320 375 450 475 490 495 500 505 310 510 515
V ХМФ Хромомолибдсно- ванадиевая 12Х1МФ; 20ХМФЛ; 15Х1М1Ф; 15Х1М1ФЛ До 200 275 320 375 450 500 510 515 520 530 535 540
VI Х5Т Хромотитановая Х5ТЛ До 200 285 325 360 390 415 425 — — — - — —
VII Х5 Хромомолибденовая и хромовольфрамовая Х5МЛ; Х5ВЛ До 200 285 325 360 390 415 430 445 450 460 470 480 490
VIII Х8 Хромовольфрамовая Х8ВЛ До 200 285 325 360 390 415 430 445 450 460 470 480 490
IX хн Хромоникелетита- новая и хромонике- левольфрамовая Х18Н10Т; 1Х18Н12Т; 1Х14Н14В2М; 1Х14Н14В2МТ; Х18Н9ТЛ До 200 275 320 375 420 460 480 500 520 540 560 580 590
X хг Хромокрем немар- ганцевая 14ХГС До 200 225 250 275 320 350 — — — — — __ —
XI ХФ X ромомолибдено - вольфрамованадиевая ХЗМВФ До 200 300 350 400 440 460 475 500 510 — — — —
Продолжение табл. 2
Группа сталей Марки сталей Номер температурной ступени
Номер Обо- значе- ние Наименование 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Температура рабочей среды в °C
I С У гл еродистая (С <0,3) Ст.З; МСт.4; 25 440 445 450 — — — — — — — — — —
П М Молибденовая 16М
ш мх Хромомолибденовая 12МХ 515 520 525 530 — — — — — — — — —
IV хм Хромомолибденовая 15ХМА: 20ХМЛ 520 525 530 535 540 — — __ — — — — — —
V ХМФ Хромомолибдене - ванадиевая 12Х1МФ; 20ХМФЛ; 15Х1М1Ф; 15Х1М1ФЛ 545 550 555 560 565 570 '575 580 585 — __ —
VI Х5Т Хромотитановая Х5ТЛ —
VII Х5 Хромомолибденовая и хромовольфрамовая Х5МЛ; Х5ВЛ 495 500 505 510 515 520 525 530 535 540 545 550 — —
VIII Х8 Хромовольфрамовая Х8ВЛ 495 500 510 515 520 525 530 540 545 550 555 565 570 575
IX ХН Хромоникелетита- новая и хромонике- левольфрамовая Х18Н10Т; 1Х18Н12Т; 1Х14Н14В2М; 1Х14Н14В2МТ; Х18Н9ТЛ 600 610 620 630 635 640 650 660 670 675 680 690 695 700
X ХГ Хромокремиемар- ганцевая 14ХГС — — — — — — — — — — — —
XI ХФ Хромомолибдене- вольфрамованадиевая ХЗМВФ — — — — — — — — — — — — — —
Примечание. В соответствии с существующими положениями применение сталей, легированных никелем, допускается
лисп, в технически обоснованных случаях и требует соответствующего разрешения.
Рабочее давление при различных температурных ступенях для стальной арматуры
(по ГОСТу 356—59)
Таблица 3
Да вл ение условное ру в кГ/см2 Давление пробное р пР в кГ!см2 Номер температурной ступени
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23 24 j 25 26 27
Рабочее давление P0Q- (наибольшее) в кГ/см-
1 2,5 4 6 10 16 25 40 64 100 160 200 250 320 400 500 640 800 1000 4 6 g 13 24 38 60 96 150 240 300 350 450 560 650 800 1000 1230 1 2,5 4 6 10 16 25 40 64 100 160 200 250 320 400 500 640 800 1000 1 2,4 3,8 6 9,5 15 24 38 60 95 150 190 235 300 380 475 600 750 950 0,9 2,2 3,6 5,6 9,0 14 36 56 90 140 180 225 280 360 450 560 710 900 0,9 2,1 3,4 5,3 8,5 13 21 34 53 85 132 170 210 265 340 425 530 670 850 0,8 2,0 3,2 5,0 8,0 12,5 20 32 50 80 125 160 200 250 320 400 500 640 800 0,8 1,9 3,0 4,8 7,5 12 19 30 48 75 118 150 190 235 300 380 475 600 750 0,7 1.8 2,8 4,5 7,0 11 18 28 45 71 112 140 180 225 280 360 450 560 710 0,7 1,7 2,6 4,2 6,7 10,5 26 42 67 106 132 170 210 265 340 425 530 670 0,6 1,6 2,5 4,0 6,4 10 16 25 40 64 100 125 160 200 250 320 400 .500 640 0,6 1,5 2,4 3,8 6,0 ' 9,5 15 24 38 60 95 118 150 190 235 300 380 475 600 0,6 1,4 2,2 3,6 5,6 9 14 22 36 56 90 112 140 180 225 280 360 450 560 0,5 1,3 2,1 3,4 5,3 8,5 13 21 34 53 85 106 132 170 210 265 340 425 530 0,5 1,2 2,0 3,2 5,0 8 12,5 20 32 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 0,5 1,2 1,9 3,0 4,8 12 19 30 48 75 95 118 150 190 235 300 380 475 0,5 1,1 1,8 2,8 4,5 7 11 18 28 45 71 90 112 140 180 225 280 360 450 1,0 1,7 2,6 4,2 6,7 10,5 17 26 42 67 85 106 132 170 210 265 340 425 1,0 1,6 2,5 4,0 6,4 10 16 40 64 80 100 125 160 200 250 320 400 0,9 1,5 2,4 3,8 6 9,5 15 24 38 60 75 95 118 150 190 235 300 380 0,9 1,4 2 2 3,6 5,6 9 14 22 36 56 71 90 112 140 180 225 280 360 0,8 1,3 2,1 3,4 5,3 8,5 13 21 34 53 67 85 106 132 170 210 265 340 0,8 1,2 2,0 3,2 8 12,5 20 32 50 64 80 100 125 160 200 250 320 0,7 1,2 1,9 3,0 4,8 12 19 30 48 60 75 95 118 150 190 235 300 0,7 1,1 1,8 2,8 11 18 28 45 56 71 90 112 140 180 225 280 0,7 1,0 1,7 2.6 4,2 6,7 10,5 17 26 42 53 67 85 106 132 170 210 265 0,6 1.0 1,6 4 6,4 10 16 40 50 64 80 100 125 160 200 250 0,6 0,9 1,5 2,4 3,8 6 9,5 15 24 38 48 60 75 95 118 150 190 235 0,6 0,9 1,4 О 3.6 5,6 9 14 36 45 56 71 90 112 140 180
Примечание. Давление Р ; РПр и Р paQ — избыточное.
давлению и рабочей температуре соответствует одно рабочее давле-
ние, для деталей, изготовляемых из различных сталей, применять
нецелесообразно, так как это приведет к недостаточно эконом-
ному использованию специальных сталей. Поэтому ГОСТ 356—59
предусматривает разделение сталей на одиннадцать характерных
групп, каждая из которых имеет свою градацию температур
в соответствии с изменениями механических свойств данных сталей
при повышении температуры. В табл. 2 приведены градации темпе-
ратур по ступеням для различных групп сталей, в соответствии
с ГОСТом 356—59. В табл. 3 приведены величины рабочих давле-
ний при различных температурных ступенях для различных услов-
ных давлений. Рассмотрим пример применения табл. 2 и 3.
Допустим, требуется изготовить задвижку из хромомолибдено-
вой стали марки 20ХМЛ, работающую при Ррай == 100 кПсм2 и
температуре t — 500° С.
По табл. 2 устанавливаем, что для стали 20ХМЛ температура
t = 500° С соответствует 9-й температурной ступени, а по табл. 3
определяем, что для 9-й температурной ступени при Ру =
= 160 кГ/см2 Рраб = 100 кПсм2.
На основании этих данных и табл. 2 и 3 определяем, что за-
движка, изготовленная для заданных условий, может быть исполь-
зована для давлений от Рраб — 160 кПсм? при t 200° С (1-я тем-
пературная ступень) до Рраб = 60 кПсм2 при t 540° С (18-я тем-
пературная ступень).
В соответствии с правилами Госгортехнадзора на энергетиче-
ских трубопроводах ограниченных параметров и диаметров про-
хода может устанавливаться и чугунная арматура, изготовленная
из чугунов определенных марок. Опыт эксплуатации чугунной
арматуры на электростанциях выявил нецелесообразность ее при-
менения на энергетических установках при давлениях свыше
Рраб = 4-S-5 кПсм2 и температуре свыше t = 150-5-160° С в связи
с тем, что в условиях работы электростанций при более высоких
параметрах работы чугунная арматура часто выходит из строя.
Для чугунной арматуры предусмотрено шесть температурных
ступеней (табл. 4). Для арматуры из бронзы и латуни предусмот-
рены три температурные ступени (табл. 5), причем для давлений
Ру > 40 кПсм? допускается температура t 120° С.
В технически обоснованных случаях, например в случаях
применения специальных сталей, чугунов и бронз, для арматуры
специальных установок и т. д. допускается отклонение от данных,
приведенных в таблицах, при условии, что при Рра0 прочность
арматуры будет обеспечена и не будет снижена применением чрез-
мерно высоких значений Рпр (см. табл. 7).
При использовании приведенных выше таблиц 3 и 4 необхо-
димо иметь в виду, что для управления задвижками при разных
Рраб (например, 160 и 60 кПсм1) потребуется применение различ-
ных усилий и моментов.
2 д. ф. гур евич
17
Таблица 4
Температурные ступени для чугунной арматуры
(по ГОСТу 356—59)
Чугуны Номер температурной ступени
1 2 1 3 | 4 5 6
Температура рабочей среды t в °C
Серый До 120 200 250 300 —
Ковкий До 120 200 250 300 350 400
Давление условное ри в кГ/см2 Давление пробное р пр в кГ/см2 Рабочее давление Р paQ (наибольшее) в кГ/см2
1 2,5 4 6 10 16 25 40 2 4 6 9 15 24 38 60 1 2,5 4 6 10 16 25 40 1 2,5 3,6 5,5 9 15 23 36 1 2 3,4 5 8 14 21 34 1 2 3,2 5 8 13 20 32 0,8 1,9 3 4,5 7,5 12 18 30 0,7 1,6 2,8 4,2 7 10 16 28
Таблица 5
Температурные ступени для арматуры из бронзы и латуни
(по ГОСТу 356—59)
Давление условное ру в кГ/см2 Давление пробное Рпп в кГ/см2 Номер температурной ступени
1 2 3
До 120° С 200° С 250° С
Рабоче е давление Рра^ в кГ/см2
1 2 1 1 0,7
2,5 4 2,5 2 1,7
4 6 4 3,2 2,7
6 9 6 5 4
10 15 10 8 7
16 24 16 13 11
25 38 25 20 17
40 60 40 32 27
64 96 64 — —
100 150 100 — —
160 240 160 — —
200 300 200 — —
250 350 250 — —
18
В зависимости от свойств рабочей среды выбираются мате-
риалы уплотняющих колец, набивки сальника и материалы основ-
ных деталей. В трубопроводах перемещаются самые разнообраз-
ные вещества: вода холодная и горячая, пар насыщенный и пере-
гретый, газы, смеси газов, кислоты, щелочи, пульпа, жидкие
металлы (теплоносители), различные химические материалы в виде
полупродуктов, продуктов или отходов. Каждая среда имеет свои
свойства и особенности, в соответствии с которыми при выборе или
проектировании арматуры подбирают или разрабатывают конст-
рукцию и выбирают материал деталей.
Арматура применяется в различных отраслях народного хо-
зяйства, многие из которых имеют свои особые условия эксплуата-
ции и предъявляют специфические требования к конструкции,
материалам и управлению арматурой.
В народном хозяйстве наиболее широко представлена так
называемая промышленная арматура, используемая в жилищ-
ном и промышленном строительстве, водопроводной и газовой
сети, в различных отраслях промышленности и в сельском
хозяйстве.
В химической промышленности помимо промышленной арма-
туры используется большое количество коррозионноустойчивой
арматуры для агрессивных сред, для высоких и сверхвысоких дав-
лений. Судостроительная промышленность предъявляет к арма-
туре помимо основных требований еще требование минимального
веса конструкции. В нефтяной промышленности для фонтанной
арматуры используются материалы, обеспечивающие износостой-
кость стенок против абразивного износа песком, содержащимся
в сырой нефти в некоторых месторождениях. В энергетике (тепло-
вые электростанции) используется арматура в условиях колеба-
ний температур и давлений, что требует соответствующих конст-
руктивных решений для обеспечения плотности подвижных и не-
подвижных сопряжений в конструкциях.
По способу крепления арматуры в трубопроводах она подраз-
деляется на фланцевую, муфтовую, цапковую и приварную.
По принципу основного действия (перекрытия потока среды)
арматуру можно разделить на две категории: клапанную — рис. 1
и золотниковую — рис. 2.
В клапанной арматуре поток среды перекрывается путем пере-
мещения диска вдоль оси потока; в золотниковой — поперек оси
потока.
К первой категории арматуры относятся:
1) клапаны (вентили) — рис. 1, а (диск перемещается поступа-
тельно вдоль оси потока);
2) заслонки — рис. 1, б (диск поворачивается вокруг оси,
перпендикулярной потоку и проходящей через ось трубопровода);
3) обратные клапаны поворотные (захлопки) — рис. 1, в
(диск поворачивается вокруг оси, перпендикулярной потоку и
о*
19
Рис. 1. Схема действия клапанных
устройств: а — клапан; б — заслон-
ка; в — поворотный клапан («за-
хлопка»)
Рис. 2. Схема действия золотниковых устройств: а—задвижка (пло-
ская); б — задвижка кольцевая; в — золотник плоский; г — золот-
ник цилиндрический; д — золотник полый; е — кран
20
смещенной обычно 'за пределы проходного отверстия; клапан
надвигается на поток путем поворота).
Ко второй категории относятся следующие устройства:
1) задвижки (плоские) — рис. 2, а (диск или клин переме-
щается в плоскости, перпендикулярной к оси потока);
2) задвижки кольцевые — рис. 2, б (цилиндр пересекает коль-
цевой поток);
3) золотники плоские — рис. 2, в (управление потоком произ-
водится смещением или поворотом пластины, снабженной канав-
ками или отверстиями);
4) золотники цилиндрические — рис. 2, г (управление потоком
производится с помощью цилиндра, снабженного выточками,
канавками или отверстиями и перемещающегося вдоль осп, пер-
пендикулярной потоку);
5) золотники полые — рис. 2, д (управление потоком произ-
водится при помощи полого цилиндра, снабженного сквозными
пазами, через которые проходит среда);
6) краны — рис. 2, е (перекрытие потока производится пово-
ротом цилиндра, шара или конуса — пробки вокруг своей оси,
снабженного сквозным отверстием).
По способу управления арматуру можно разде-
лить на арматуру с ручным управлением и арматуру приводную.
Ручное управление производится в настоящее время главным
образом в тех случаях, когда арматура переключается редко, ис-
пользуется как запасная или резервная, предназначенная на слу-
чей аварии, ремонта трубопроводной сети и т. д. При хорошем
доступе к арматуре она используется с прямым ручным управле-
нием, а при установке в труднодоступных местах, например на
трубопроводах, расположенных высоко, в низкорасположенных
камерах, недоступных по условиям безопасности для обслуживаю-
щего персонала помещениях и т. д., используется арматура с ди-
станционным ручным управлением.
Наиболее совершенным является механическое и автоматиче-
ское управление арматурой, осуществляемое различного типа при-
водами, которые одновременно являются устройствами, обеспечи-
вающими возможность дистанционного управления. Такие способы
управления находят все большее распространение как для целей
периодических переключений, так и для регулирования потоков
в трубопроводных системах.
По способу уплотнения подвижного сопряжения
шпиндель — крышка арматура подразделяется на сальниковую,
сильфонную и мембранную. Для управления диском, клином,
цилиндром или конусом, перекрывающим поток среды, из полости
арматуры, заполненной средой, выводится наружу шпиндель или
вал, образующий с крышкой или корпусом подвижное сопряже-
ние, которое должно быть уплотнено. Для этой цели применяются
сальники, сильфоны или мембраны. В последнее время получает
21
развитие бессальниковая арматура с бесконтактным и внутренним
приводом. В последней группе арматуры привод встроен таким
образом, что из полости, заполненной средой, выводятся наружу
лишь трубки или электропровода и, следовательно, подвижное
сопряжение, требующее уплотнения, отсутствует.
По способу расположения следует различать
арматуру, допускающую использование ее только на горизон-
тальных трубопроводах с вертикальным расположением крышки
или шпинделя вверх (подъемные обратные клапаны, грузовые
предохранительные клапаны и т. д.), па горизонтальных и верти-
кальных трубопроводах в любом положении и только в вертикаль-
ных трубопроводах. Это объясняется тем, что не все конструкции
арматуры могут нормально работать будучи смонтированы на
трубопроводах или аппаратах в любом положении.
Глава II. УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ИСПЫТАНИЕ
АРМАТУРЫ
1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ
Условия работы арматуры определяются многочисленными
факторами, главнейшими из которых являются следующие: рабо-
чее давление среды, рабочая температура, свойства среды, колеба-
ния температуры и давления, периодичность срабатывания или
переключений, тип привода, местонахождение арматуры на трубо-
проводе (установке или агрегате), расположение на открытом ме-
сте или в закрытом помещении и др.
Чтобы обеспечить прочность арматуры при высоких давлениях
среды, толщину стенок и другие размеры деталей делают доста-
точно большими. При этих условиях усилия и моменты, необхо-
димые для управления арматурой, имеют большую величину.
Усложняются условия для обеспечения внутренней плотности
(в замке) затвора, в сальнике и прокладках. Большие скорости
среды в Седле, вызываемые высокими давлениями, создают эро-
зионный износ плунжера и уплотняющих колец. Чтобы обеспечить
достаточный срок службы вентилей или задвижек в таких усло-
виях, детали, подвергаемые эрозионному износу, изготовляют из
эрозионноустойчивых аустенитных сталей или наплавляют стел-
литом. В некоторых случаях седло и плунжер изготовляют из
твердых сплавов.
Высокая температура среды создает особо сложные условия для
работы деталей. Материал деталей должен в зависимости от усло-
вий работы и назначения деталей обладать жаропрочностью,
жаростойкостью (окалиностойкостью), не должен быстро стареть
при сменах или колебаниях температуры, т. е. должен быть тепло-
устойчив — иметь высокий предел тепловой усталости. Предел
22
длительной прочности и предел ползучести материала при рабочей
температуре должны обеспечивать достаточно длительный срок
эксплуатации арматуры.
При работе на коррозионных средах арматура должна обладать
достаточной устойчивостью против химического действия среды,
в противном случае срок службы арматуры будет недопустимо мал.
Требования химической устойчивости против действия среды отно-
сятся ко всем деталям, соприкасающимся со средой, включая
прокладки и набивки сальника.
Колебания давления и температуры создают условия для раз-
уплотнения фланцевых соединений. Периодическое повышение
температуры вызывает пластическую деформацию прокладки
в связи с временным увеличением затяга болтов и шпилек. При сни-
жении температуры затяг прокладки оказывается недостаточным,
и прокладочное соединение теряет плотность. Колебания давления
и температуры оказывают специфическое влияние на свойства
материала, вызывают старение материала, снижение его пластиче-
ских и механических свойств.
Периодичность срабатывания арматуры оказывает большое
влияние на общий срок службы арматуры. Можно условно счи-
тать, что ряд деталей, таких, как ходовая гайка, уплотняющие
кольца задвижек, набивка сальника и некоторые другие детали,
могут выполнить определенное число циклов, после чего должны
быть подвергнуты ремонту или замене. При частом срабатывании
арматуры срок службы этих деталей, естественно, будет сокра-
щен.
Каждый тип привода имеет свою силовую характеристику,
в зависимости от которой в арматуре создаются различные вели-
чины удельных давлений на уплотняющих кольцах, напряжений
в шпинделе и ходовой гайке, бугеле и других деталях. Электро-
приводы создают ударную нагрузку на уплотняющих кольцах
в конце закрывания, в особенности в вентилях, гидравлический
привод создает обычно более плавное нагружение. В предохрани-
тельных клапанах пружины и грузы при закрывании клапана
создают удары, что ухудшает состояние уплотняющих поверхно-
стей и оказывает влияние на срок службы клапана.
При расположении арматуры на открытом воздухе ухудшаются
условия ее эксплуатации, иногда нарушается регулярная смазка,
в сопряжения деталей попадает пыль и песок, влага, дождь и снег,
что ускоряет износ деталей.
Для более длительного срока службы арматуры необходимо,
чтобы конструкция арматуры и материал корпуса, крышки, уплот-
няющих колец, шпинделя и других основных деталей соответство-
вали условиям работы, в противном случае неизбежен быстрый
выход арматуры из строя. За арматурой должно быть организо-
вано тщательное наблюдение и своевременный контроль ее состо-
яния.
23
2. ВЫБОР АРМАТУРЫ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ
При выборе конструкций используется номенклатура промыш-
ленной арматуры общего назначения, изготовляемой серийно.
Размерные характеристики и параметрические данные ее приво-
дятся в каталогах. Данные об осваиваемой арматуре дают типажи
запорной, предохранительной и регулирующей арматуры промыш-
ленного назначения. При отсутствии конструкций, достаточно
полно удовлетворяющих требованиям эксплуатации, и при доста-
точном обосновании технических требований производится раз-
работка новых конструкций арматуры.
Прежде всего определяют условный диаметр прохода. В подав-
ляющем большинстве случаев он бывает равен диаметру прохода
трубопровода, но для регулирующих и дроссельных клапанов, если
не требуется их полнопроходности, диаметр прохода может быть
меньше диаметра трубопровода; в этом случае он выбирается по
пропускной способности. По пропускной способности выбирается
и размер предохранительных клапанов, устанавливаемых на кот-
лах и аппаратах. При выборе регулирующего клапана необходимо
выявить, какая в данном случае требуется расходная характери-
стика плунжера (линейная, равнопроцентная или параболическая).
Если характеристики плунжеров, выпускаемых серийно, не могут
удовлетворить требованиям эксплуатации, — плунжеры рассчи-
тываются по заданным условиям.
При установке запорной арматуры в трубопроводе, через кото-
рый осуществляется большой расход среды, предпочтение следует
отдавать конструкциям с малым гидравлическим сопротивлением:
задвижки, краны, прямоточные клапаны, заслонки. Для концевых
запорных устройств или для арматуры, находящейся в постоянно
закрытом виде, коэффициент сопротивления обычно не имеет зна-
чения, поэтому могут быть использованы вентили (для диаметра
трубопровода 200 мм).
Материал корпусных деталей выбирается в зависимости от
рабочих параметров среды и ее коррозионных свойств. Чугунная
арматура является наиболее дешевой, но хрупкость чугуна за-
ставляет относиться к нему с осторожностью. Во всех случаях
установки арматуры на ответственные объекты и трубопроводы
применяют стальную арматуру как более прочную и надежную.
В энергетических трубопроводах и установках, при транспорти-
ровке огне- и взрывоопасных сред, для сжиженных газов и ток-
сических продуктов и в других подобных случаях применяют
только стальную арматуру. Арматура из легированных сталей
используется и при газообразных средах с температурой ниже
—30° С. Арматура должна обладать внешней плотностью, т. е. не
должна пропускать рабочую среду в окружающую атмосферу,
п внутренней плотностью (за исключением регулирующей), т. е.
в закрытом положении не должна пропускать среду из одного
24
отделенного ею участка трубопровода в другой. Внешняя
плотность обеспечивается соединениями: шпиндель — крышка,
крышка — корпус и корпус — трубопровод. Плотность подвиж-
ного соединения шпиндель — крышка обеспечивается сальнико-
вым или сильфонным узлом. Во всех случаях, где это допустимо,
используется сальниковая арматура как более дешевая, причем
в ряде случаев, например в арматуре больших диаметров прохода,
сильфонное уплотнение из-за большого хода шпинделя неосу-
ществимо. При выборе конструкции сальника и материала на-
бивки решающими факторами являются: температура и корро-
зионные свойства среды. Для трубопроводов, аппаратов и уста-
новок с огне- и взрывоопасной, радиоактивной или токсической
средой выбирается арматура сильфонная, обеспечивающая пол-
ную герметичность соединения шпиндель — крышка. Крышка
с корпусом наиболее часто соединяется с помощью фланцев, в арма-
туре малых диаметров прохода применяется резьбовое соедине-
ние. В арматуре энергетических установок находит применение
и бесфланцевое соединение крышки с корпусом с применением
прокладок, самоуплотняющихся под действием усилия, созда-
ваемого давлением среды, действующей на крышку.
Крепление арматуры к трубопроводу наиболее часто обеспе-
чивается применением фланцевых соединений, которые допускают
быструю замену арматуры для ремонта или замены изношенных
деталей. Тип фланцевого соединения и материал прокладки выби-
раются в зависимости от условий работы арматуры, давления,
температуры и коррозионных свойств среды. В трубопроводах
с малыми диаметрами прохода распространены резьбовые соеди-
нения. Наиболее надежным способом присоединения является
приварка арматуры, поэтому в энергетических установках с вы-
сокими и сверхвысокими параметрами пара, в трубопроводах
для огне- и взрывоопасных сред и при других ответственных
и опасных условиях работы арматуры применяется приварка во
всех случаях, где это допустимо.
Внутренняя плотность арматуры обеспечивается тщательной
пригонкой замка затвора: тарелки клапана к седлу, клина к кор-
пусу задвижки, пробки к корпусу крана и т. д. Если материал
клина и корпуса для задвижки, тарелки и корпуса для клапана
или вентиля коррозионно (и эрозионно) устойчив в отношении
рабочей среды, уплотняющие кольца выполняются заодно с де-
талью, в противном случае уплотняющие кольца делаются встав-
ными (или наплавленными) из соответствующего материала:
латуни, бронзы, коррозионностойкой стали, стеллита, фторопласта,
резины и других материалов.
Ручное управление арматурой используется лишь при редком
ее срабатывании. В случаях частого использования арматуры,
необходимости механизировать или автоматизировать управле-
ние производственными процессами, необходимости быстрого
25
У С Л О В Н АЯ СХЕМА
Запорная |'
Класс плотности
арматуры
। | Назначение арматуры | ।
| Условия работы |
Условный диаметр
прохода D в мм
—|Регулирующая |—
—| Предохранительная | —
| Контрольная |
I Разная I
г
Условное давление
Р в кГ/см2
] | Рабочее давление | i
| i-----------------------
| Рабочая температура |
26
ЫБОРА АРМАТУРЫ
у —, Стр. 36—190; 568—569
1 1
Табл. 86 и 88 ГОСТ 355—67 (табл. 1)
1 4 1
ГОСТ 356—59 и др. 1 Табл. 2, 3, 4 и 5
।
Табл. 24—45 и 149
1 4
"| Сальник | ]' Материал набивки | >—| Табл. 56 1
_| Сильфон | > | Тнп снльфоиа | >' | Табл. 120—122 |
~| Фланцы | 1
Табл. 79 |
”[ Резьба | Сварка | |
—| Фланцы | —| Резьба Табл. 79 ГОСТ 1233—67 и др.
“1 Муфта | 1 4 1
| Табл. 63. Табл. 67 |
“| Электропривод | 1 ф
“I Г идропривод I — > Стр. 191—252. Табл. 13—19
“ | Пневмопривод | V
Стр, 224—227
”“| Маховик | Табл. 80
~| Редуктор | 1
1 Мощность привода | "*1 Вес | "*1 Стоимость | > | Каталоги
27
открытия арматуры в опасных условиях или аварийных случаях
применяются электрические, пневматические или гидравлические
приводы с местным или дистанционным управлением.
Чтобы облегчить выбор арматуры для работы в заданных
условиях, ниже приведена условная схема последовательности
решения этой задачи с указанием таблиц и других данных, со-
держащихся в книге, которые могут быть использованы для этой
цели.
3. ИСПЫТАНИЕ АРМАТУРЫ
В связи с ответственным назначением к арматуре предъяв-
ляются высокие требования в части прочности и плотности;
для обеспечения этих качеств детали арматуры и конструкции
в собранном виде подвергаются разностороннему контролю.
Визуальный осмотр и инструментальный контроль размеров дета-
лей и изделий производятся с целью установить соответствие их
чертежам по форме и размерам. В отливках проверяется отсут-
ствие раковин, трещин, перекосов, разностенности и других
недопустимых дефектов. Собранная конструкция проверяется на
легкость хода и отсутствие заеданий. В деталях ответственных
изделий помимо проверки твердости металла производится кон-
троль его механических и пластических свойств. Перечень кон-
тролируемых показателей в зависимости от назначения изделия
устанавливается техническими условиями. Литые и кованые
детали для особо ответственных изделий, а также сварные соеди-
нения в них подвергаются дополнительному контролю методами
дефектоскопии. Наиболее надежным методом является рентгено-
или гамма-дефектоскопия, при которой с помощью рентгеновской
установки или источника гамма-излучения просвечиваются стенки
(толщиной 10—150 мм). С одной стороны помещают источник
излучения (обычно кобальт-60), с другой стороны — сверхчув-
ствительную пленку, которая засвечивается гамма-лучами, про-
ходящими через металл. На заснятых пленках газовые раковины
в отливках выглядят в виде затемнений благодаря меньшей тол-
щине слоя металла с четким очертанием контура, усадочные ра-
ковины — со слабо выраженным очертанием. Трещины выглядят
как интенсивные темные ломаные линии и т. д. С помощью гамма-
дефектоскопии может быть выявлена ликвация металла. Ценным
свойством гамма-дефектоскопии является возможность установ-
ления наличия дефектов в сварных швах и выявление их характера:
непровар, трещина, газовая или шлаковая раковина.
Поверхностные дефекты могут быть обнаружены также ви-
зуально одним из следующих способов. Поверхности отливок из
хромоникелевых сталей в местах выявления дефектов (места пере-
ходов, сварные швы) зачищаются шлифовальными кругами и по-
лируются до зеркального блеска, смачиваются керосином и вы-
держиваются в течение часа, а затем обрабатываются песком.
28
Через полчаса после обработки производится осмотр. Часто де-
фекты удается обнаружить на полированной поверхности без
дополнительной обработки, в некоторых случаях применяют трав-
ление полированной поверхности.
Применяется также магнитная дефектоскопия, основанная на
обследовании магнитного сопротивления шва или металла цельной
детали. При наличии дефектов искажается форма магнитного поля,
создаваемая мелким порошком окиси железа. На деталь наклады-
вают сверхчувствительную бумагу, на которую насыпают ровный
тонкий слой порошка и помещают в поле сильного соленоида
постоянного тока, порошок опрыскивают быстросохнущим про-
зрачным лаком (цапонлак и др.), затем бумагу освещают силь-
ным светом и проявляют. На бумаге создается картина магнит-
ного поля.
Для выявления дефектов используется и ультразвуковой метод
дефектоскопии, при котором о наличии дефектов судят по распо-
ложению импульсных сигналов в осциллографе, получаемых в ре-
зультате коротких ультразвуковых сигналов.
Основными методами выявления скрытых дефектов являются
методы просвечивания рентгеновскими или гамма-лучами. Магнит-
ный и ультразвуковой методы применяются как вспомогательные.
После предварительного установления годности литые кор-
пуса, крышки и некоторые другие детали обычно поступают на
предварительное гидравлическое испытание с целью выявления
возможных дефектов литья (сквозных трещин, раковин, рыхло-
стей и т. д.).
Вся арматура в собранном виде подвергается обязательному
гидравлическому испытанию вначале на прочность, затем на плот-
ность. В первом случае производится проверка прочности арма-
туры, выявление трещин, неплотностей в металле корпусов и
крышек, прочности соединения корпуса и крышки. Во втором
случае проверяется плотность замков — отсутствие протечек
между уплотняющими кольцами корпуса и тарелки клапана или
корпуса и клина по периметру уплотнения и плотность сальни-
кового уплотнения.
Представляется целесообразным в арматуре выделить внеш-
нюю плотность, при создании которой обеспечивается
отсутствие выноса рабочей среды из полости арматуры в атмо-
сферу, и внутреннюю плотность, при создании ко-
торой обеспечивается отсутствие выноса рабочей среды из одной
части трубопровода в другую, разделенного арматурой.
Гидравлическое испытание арматуры на прочность произво-
дится водой при нормальной температуре, а наличие или отсутствие
протечек определяется внешним осмотром испытуемой арматуры
или определяется по падению давления.
Давление обычно создается с помощью насосов, чаще всего
ручных. Применение воздуха, других газов или пара для этих
29
целей недопустимо, так как опасно для персонала: гидравличе-
скому испытанию подвергаются конструкции, прочность которых
может вызвать сомнение, так как отсутствие возможных дефектов
в деталях еще окончательно не установлено. В случае разруше-
ния деталей под действием гидравлического давления, созданного
насосом, давление быстро снижается в начале деформации дета-
лей и не создает большой опасности для обслуживающего персо-
нала, так как при этом энергия сжатой жидкости невелика. Сжа-
тый воздух, газ или пар обладают большим запасом энергии, при
разрушении деталей во время их испытания на прочность давле-
нием газа происходит резкое расширение газов и разброс оскол-
ков деталей с большой ударной силон, создается угроза обслу-
живающему персоналу. По этой же причине для испытания на
прочность давление в полости арматуры не следует создавать
гидравлическими аккумуляторами.
Трещины и другие дефекты металла, не вызывающие разруше-
ния деталей, но создающие течь при гидравлическом испытании
водой, легко обнаруживаются визуально; при испытании сжатым
воздухом их обнаружить трудно, так как визуальный осмотр
ничего не дает.
По указанным причинам при гидравлическом испытании на
прочность из полости арматуры должен быть полностью удален
воздух (при испытании арматуры больших диаметров прохода
с большими полостями открываются пробки, сальники и др.).
Кроме опасности для обслуживающего персонала, воздух создает
подушку, задерживающую падение давления при протечке воды
и изолирующую соприкасаемые с ней стенки от воды, в связи
с чем участок стенки в районе подушки не может быть тщательно
проверен на отсутствие протечек.
Применение водопроводной воды обычного состава, используе-
мой при гидравлических испытаниях арматуры, приводит к кор-
розии поверхности деталей. После испытания смоченные поверх-
ности деталей покрываются налетом ржавчины. Чтобы уменьшить
коррозионные свойства воды, в ее состав (температура 15—25° С)
можно ввести следующие ингибиторы: бихромат калия К2Сг3О7 —
0,1% и кальцинированную соду Na2CO3 — 0,2%. Такой раствор
используется в замкнутых непроточных системах и должен иметь
pH в пределах 7—8. После гидравлического испытания изделия
для сушки подвергаются обдувке теплым фильтрованным возду-
хом в течение 1—10 мин.
Раствор указанных ингибиторных добавок готовится заранее
с тем, чтобы в объеме воды, используемом для испытаний, полу-
чить нужный состав. Ежедневно должна производиться про-
верка химического состава и анализ pH раствора в лаборатории.
В случае несоответствия состава или наличия в воде следов масел,
смазок или механических примесей раствор к использованию не
допускается.
30
Для испытания мелких изделий на плотность при небольших
давлениях (после испытания на прочность) используется сжатый
воздух заводской нагнетательной системы, а подвергаемые испы-
танию изделия погружаются в воду; появление при этом пузырь-
ков свидетельствует о пропуске воздуха и неплотности соединения.
При испытаниях на плотность воздухом (с малым давлением)
больших изделий (после гидравлического испытания на прочность)
место подозреваемого пропуска смачивается мыльной водой и при
пропуске воздуха в этом месте образуются хорошо видимые мыль-
ные пузыри. Пропуск воздуха можно обнаружить также по откло-
нению пламени свечи, поднесенной к месту возможной протечки.
Арматуру, работающую в трубопроводах ответственного назна-
чения при высоких параметрах пара, подвергают длительному
испытанию паром, чтобы выяснить качество изделий при работе
в условиях высоких температур.
Как правило, испытание плотности арматуры производится
рабочей средой при рабочей температуре либо соответствующими
заменителями, например проверку на герметичность изделий,
работающих при глубоком вакууме и в некоторых других слу-
чаях, производят гелием. Керосин хорошо смачивает металличе-
ские поверхности и имеет малую вязкость, благодаря этому он
легко проникает через малые зазоры, поэтому керосин исполь-
зуется для обнаружения расслоений металла, мелких трещин
или пористости металла.
Гидравлическое испытание арматуры на прочность произво-
дится при давлении, равном пробному давлению Рпр по ГОСТу
356—59 (см. табл. 3, 4 и 5). Пробное давление принимается рав-
ным
Р = zP
1 пр 4,1 У’
Значения z — табл. 6.
Таблица 6
Значения z
Ру в кГ1см2 1 2,5—200 250—400 500 640 и выше
Z 2 1,5 1.4 1,3 1,25
При рабочем давлении ниже 1 кПсм? пробное давление пре-
вышает рабочее на 1 кПсм\ этим давлением производится также
испытание на плотность. Для испытания вакуумной арматуры
принимается пробное давление Рпр = 1,5ч-2,0 кПсм2.
В тех случаях, когда арматура изготовляется из материалов,
отсутствующих в ГОСТе 356—59, величина РПр также может
быть определена по формуле
Р = zP
^пр у
31
где условное давление Ру равно
р р г>т,п (I)
у Раб<Удоп(20)-
Здесь пдяп (t) — допускаемое напряжение на растяжение мате-
риала корпуса и крышки при рабочей темпера-
туре tpa6 °C;
аЛт (20) — допускаемое напряжение на растяжение мате-
риала корпуса и крышки при температуре 20г С.
Для сталей до 200 С, чугуна и бронзы до 120 С
<^доп (0 _ I
о*Д20)~ ’
Испытанию давлением Рп должны подвергаться все полости
арматуры, заполненные рабочей средой, поэтому при испытании
на прочность давлением Рпр задвижки, вентили, клапаны, краны
и т. д. испытываются в открытом виде, но с заглушенными про-
ходными отверстиями. Литые детали при испытании на прочность
простукиваются свинцовым или медным молотком весом 0,8—
1 кг с целью лучшего выявления протечек.
Внутренняя плотность арматуры, т. е. плотность перекрытия
замка затворов, проверяется путем испытания изделия гидрав-
лическим давлением, равным условному давлению Ру. Давление
создается с одной стороны, с противоположной производится
осмотр, затем давление создают с другой стороны и с противо-
положной производят осмотр. Энергетическая арматура высоких
параметров, изготовляемая по особым техническим условиям
[141, испытывается при давлениях, указанных в табл. 7.
Арматура, снабженная приводами, дополнительно испыты-
вается на плотность перекрытия приводом.
По окончании гидравлических испытаний необходимо удалить
воду и убедиться в том, что из всех полостей арматуры вода уда-
лена. Вода, оставшаяся в закрытых полостях при замерзании,
во время хранения в зимнее время может вызвать разрывы сте-
нок арматуры, что наиболее вероятно для арматуры больших
размеров. Оставшаяся в арматуре вода может быть также зане-
сена в трубопроводы при монтаже арматуры.
Арматура ответственного назначения должна быть снабжена
клеймением, в котором обозначаются: завод-изготовитель, услов-
ный диаметр прохода, рабочее давление, рабочая температура
и клеймо контролера. Клеймение производится на корпусе арма-
туры.
В смонтированном виде арматура, за исключением сильфон-
ной, вместе с трубопроводом обычно испытывается гидравлическим
давлением, равным 1,25 Р/мб, при этом арматура устанавливается
в открытое положение.
32
Таблица 7
Гидравлическое давление при испытании арматуры
высоких параметров, изготовляемой по специальным техническим
условиям [14]
Рабочие параметры Давление при испытании
Рабочее давление р раб 3 кГ'см2 Рабочая температура t в °C на прочность рпр в кГ/с*2 на плотность Рп в кГ/см*
34 535 150 43
36 570 165 45
140 570 350 175
180 565 360 225
215 575 430 270
230 230 350 250
240 575 480 300
250 240 500 310
280 100 385 280
280 228 465 350
4. НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ АРМАТУРЫ
Трубопроводная арматура должна сохранять работоспособ-
ность, т. е. состояние, при котором она может выполнять задан-
ные функции возможно большее время. Когда работоспособ-
ность изделия нарушается, возникает отказ. Не всякая неис-
правность должна рассматриваться как отказ. Отказом считается
такая неисправность, которая приводит к необходимости перерыва
в работе арматуры либо изъятию ее с места установки. Для арма-
туры отказами являются: потеря плотности замка затвора, выход
из строя ходовой гайки шпинделя, поломка деталей привода
ит. п.
Продолжительность работы арматуры в часах либо в циклах
срабатывания называется наработкой. Работа арматуры без
вынужденных перерывов определяет ее безотказность.
В процессе эксплуатации в деталях арматуры протекают про-
цессы, результатами которых являются изменения свойств ма-
териала и размеров деталей. Когда влияние этих изменений ста-
новится настолько большим, что дальнейшее использование арма-
туры является невозможным либо опасным, наступает предельное
состояние арматуры, в результате которого она должна быть
заменена либо подвергнута ремонту.
Предельное состояние определяет срок службы арматуры,
являющийся показателем ее долговечности.
3 Д. Ф. Гуревич 33
Долговечность, ограничиваемая такими процессами, как корро-
зия, износ,тепловое старение и т, п., может быть рассчитана при
условии, что известны закономерности рассматриваемого процесса
и влияние на него различных факторов (концентрации, темпе-
ратуры, давления и пр.). Например, по скорости изменений тол-
щины стенки от коррозии при заданных условиях работы можно
определить, через какой промежуток времени толщина стенки
корпуса или крышки уменьшится до предельно допустимой ве-
личины.
Поскольку даже закономерные процессы, такие, как коррозия,
износ и пр., в арматуре протекают в условиях эксплуатации,
когда режим работы изделий подвергается известным изменениям,
их результаты также подвержены определенным колебаниям
и носят случайный характер поэтому должны оцениваться на
основе статистических данных методами теории вероятности.
Наряду с закономерными процессами в арматуре могут иметь
место и случайные явления, например потеря плотности замка
затвора от попадания твердых частиц, заклинивание деталей
в подвижных сопряжениях в связи с колебаниями температуры,
поломка деталей в результате внутренних напряжений либо тре-
щин, нарушение контакта в электрических системах управления
и т. п. Вероятность возникновения таких явлений, как случайных,
также определяется методами теории вероятности.
Показателями надежности арматуры могут служить: вероят-
ность безотказной работы за заданное время, наработка на отказ,
среднее время безотказной работы, интенсивность отказов в те-
чение заданного времени в зависимости от закона распределения
времени безотказной работы (экспоненциальный, нормальный
либо какой-нибудь другой). Закон распределения времени без-
отказной работы зависит от параметров, по которым оценивается
отказ, от типа изделий, условий эксплуатации и т. д. Выбор пока-
зателя надежности зависит также от того, является ли изделие
восстанавливаемым или невосстанавливаемым.
Испытания арматуры на показатели надежности подразде-
ляются на определительные и контрольные (ГОСТ 13216—67).
Определительные испытания служат для определения фактических
показателей надежности арматуры и по ним определяется соответ-
ствие фактических показателей надежности с требованиями
технического задания, необходимость внесения в техническую
документацию соответствующих данных и установления групп
надежности. Контрольные испытания служат для контроля выпу-
скаемой продукции и соответствия ее техническим условиям на
арматуру данного типа. Контрольные испытания проводятся
периодически, в сроки, предусмотренные соответствующими тех-
ническими условиями, а также в случае изменения конструкции,
материала или технологии производства, которые могут сказаться
на показателях надежности. Количество изделий, необходимое для
34
выполнения контрольных испытаний на надежность, зависит от
нйжнего значения вероятности безотказной работы, допустимого
при испытаниях.
Теория надежности в настоящее время разработана достаточно
полно, однако применение ее для арматуры требует еще значи-
тельного объема исследований для определения соответствующих
показателей надежности, необходимых статистических данных,
изучения влияния различных факторов на надежность конструк-
ций арматуры и т. п.
3*
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ПРОМЫШЛЕННАЯ ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА
Глава I. ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА (ЗАТВОРЫ)
1. ВВЕДЕНИЕ
Промышленная арматура имеет универсальное назначение и
служит для работы в определенном интервале параметров, имею-
щих (относительно) широкое распространение. Наиболее часто
используется запорная арматура; она предназначена для того,
чтобы в нужные моменты времени перекрывать проход в трубо-
проводе, отделяя одну часть от другой. Это бывает необходимо
или при выполнении программы технологического процесса, или
для целей ремонта, замены оборудования, на случай аварии и т. д.
Затворы чаще всего находятся в полностью открытом положении
и перекрываются лишь на сравнительно короткие промежутки
времени. Значительно реже они предназначаются для работы
в постоянно закрытом положении (концевая арматура, пробно-
спусковые краны, резервные байпасные линии и т. д.).
В зависимости от размеров и формы внутренних полостей арма-
тура оказывает большее или меньшее гидравлическое сопротив-
ление прохождению среды. Это выражается потерей напора, для
компенсации которого необходимо затрачивать дополнительную
энергию.
Качество арматуры, характеризуемое ее гидравлическим со-
противлением, оценивается по величине коэффициента гидравли-
ческого сопротивления £, выраженного в относительных единицах.
Он представляет собой коэффициент пропорциональности между
перепадом давлений на арматуре (потеря напора) и скоростным
напором. Во избежание больших потерь напора коэффициент
гидравлического сопротивления полностью открытой запорной
арматуры должен иметь возможно малую величину.
Коэффициент гидравлического сопротивления С дает каче-
ственную оценку арматуры, независимо от величины условного
диаметра прохода, поэтому для определения расхода среды G т/ч,
проходящей через затвор, помимо С, должен быть также известен
условный диаметр прохода Dg мм. Для практических целей
36
целесообразно иметь данные о пропускной способности арматуры
с учетом ее размеров при определенных условиях работы (задан-
ный перепад давлений и удельный вес среды). Для этих целей
наиболее подходит оценка арматуры по условной пропускной
способности Gy, выраженной в тоннах в час; она представляет
собой расход воды с удельным весом в 1 г!см3 при перепаде давле-
ний на арматуре в 1 кПсм2. Эта характеристика хорошо допол-
няет такие данные об арматуре, как условный диаметр прохода Dy
в мм и условное давление Ру в кПсм2.
Свойства арматуры, определяемые значением Gy, оцениваются
также коэффициентом пропускной способ-
ности ku mlч -= Gy т/ч.
Пропускная способность зависит от степени открытия арма-
туры, поэтому при Gy и kv ставится индекс, обозначающий, к ка-
кой степени открытия арматуры или части h полного хода ftmax
(отсчет производится от закрытого положения) относится указы-
ваемое значение ka. Например, kVM обозначает значение kv для
арматуры при 50% подъема плунжера, тарелки клапана или клина.
Обозначение &агаах соответствует значению kv при полностью
открытой арматуре — &апмх = &а100.
Для запорной арматуры в основном определяется значение
^ашах, промежуточные значения kv обычно имеют второстепенное
значение.
В технике применяется очень большое количество конструкций
арматуры, подчас отличающихся друг от друга незначительными
особенностями; все их привести здесь невозможно и нецелесооб-
разно. Ниже приведен обзор конструкций, наиболее часто при-
меняемых на практике.
2. КЛАПАНЫ И ВЕНТИЛИ
В технике (двигателях внутреннего сгорания, насосах, компрес-
сорах и пр.) клапаном принято называть диск, снабженный што-
ком, скользящим в направляющем отверстии, предназначенный
для перекрывания потока среды путем перемещения клапана
вдоль оси и посадки его на седло. В арматуростроении клапа-
ном называют все устройство (затвор), служащее для перекры-
вания потока в трубопроводе с помощью диска—тарелки клапана,
при поступательном движении шпинделя—штока вдоль оси по-
тока, перпендикулярно к плоскости седла.
Поступательное движение шпинделя обеспечивает простоту-
конструкции и возможность быстрого перемещения тарелки кла-
пана, но требует значительных усилий для управления клапаном
и дополнительных устройств для фиксации тарелки в нужном
положении. Вентиль представляет собой клапан со шпин-
делем, ввинчиваемым в резьбу неподвижной ходовой гайки,
расположенной в крышке или бугеле. Применение резьбы,
37
обладающей свойствами самоторможения, позволяет оставлять
тарелку клапана в любом положении с уверенностью, что это
положение сохранится и не будет самопроизвольно изменяться
под действием давления среды. Использование резьбы позволяет
применять малые усилия на маховике для управления вентилем.
Вентиль отличается простотой конструкции и создает хорошие
условия для обеспечения надежной плотности при закрытом
Рис. 3. Вентили запорные: а — проходной; б — угловой
положении затвора. В силу этих причин вентили получили
очень широкое распространение, главным образом в запорной
арматуре.
Вентили в промышленности наиболее широко используются
на трубопроводах малого диаметра и по мере увеличения услов-
ного диаметра трубопровода, начиная с Dy = 50 мм, уступают
место задвижкам. Так, уже при диаметрах Dy = 200-ь250 мм
вентили используются редко. При больших диаметрах трубопро-
водов (свышеП^ = 250 мм) вентили, как правило, не применяются.
Это объясняется тем, что тарелка вентиля воспринимает на себя
и передает полностью на шпиндель усилие, создаваемое давлением
среды на площадь тарелки. При больших диаметрах прохода
и высоких давлениях усилие на шпинделе возрастает настолько,
что вентиль становится трудноуправляемым. Помимо этого, вен-
тили запорные обычной конструкции имеют, как правило, высо-
кий коэффициент гидравлического сопротивления (£ = 3-ь5 и
более). При больших диаметрах прохода применение вентилей
создает большие потери энергии в связи с большим количеством
38
транспортируемой по трубопроводу среды и вызывает излишние
расходы из-за необходимости соответственно повышать начальное
давление в системе.
Положительным качеством вентиля является сравнительно
небольшой ход тарелки, необходимый для полного открытия вен-
тиля. Для этой цели тарелку вентиля достаточно поднять на V4
диаметра отверстия в седле, тогда как для открытия задвижки
необходимо клин или диск переместить на величину, равную диа-
метру отверстия, т. е. в четыре раза больше. Поэтому вентиль
имеет значительно меньшую га-
баритную высоту, чем задвижка
того же диаметра прохода, но
строительная длина его (рас-
стояние между наружными тор-
цами проходных фланцев вен-
тиля) больше, чем в задвижке,
причем с увеличением диаметра
прохода эта разница увеличи-
вается.
По месту расположения вен-
тиля на трубопроводе различают
проходные (рис. 3, а) и угловые
(рис. 3, б) вентили. Первые уста-
навливаются на горизонтальном
или вертикальном участке тру-
бопровода, вторые — на месте
поворота трубопровода. Угло- Рис. 4. Вентиль запорный прямоточный
вые вентили имеют меньшее
гидравлическое сопротивление, однако область их применения
ограничена поворотными участками трубопровода. Прямоточные
вентили (рис. 4), шпиндель которых расположен под углом к оси
прохода, имеют относительно малое сопротивление, но ход шпин-
деля для полного открывания вентиля значительно больше, чем
в обычных.
Как правило, вентили конструируются и устанавливаются
так, чтобы движение среды происходило «под клапан», т. е. на-
встречу движению тарелки клапана при закрывании (рис. 3, а).
Обратное движение среды, т. е. «на клапан», осуществляется редко
и применяется главным образом в вентилях большого диаметра
прохода, длянеответственных установок, с целью разгрузить
шпиндель от больших продольных усилий сжатия. В связи с воз-
можным несовпадением центра приложения гидродинамического
давления среды на тарелку с точкой соприкосновения ее со шпин-
делем могут возникнуть напряжения изгиба в шпинделе, которые
при больших диаметрах тарелки достигнут значительной вели-
чины. Серьезным недостатком конструкции вентиля с подачей
среды «на клапан» является также то обстоятельство, что здесь
39
сальник все время находится под действием давления среды даже
при закрытом положении вентиля.
Вентили большого диаметра прохода снабжаются внутренним
(рис. 3, б) или наружным (рис. 5, б) обводом для того, чтобы по воз-
можности выравнять давление по обе стороны тарелки и этим сни-
зить необходимое усилие для открывания вентиля. Таким путем
также уменьшается вероятность воз-
никновения гидравлического удара
в системе. Внутренний обвод соз-
дается с помощью вспомогательного
клапана, устанавливаемого на та-
релке вентиля. В больших вентилях
среда подается «на клапан», и пере-
пад давлений прижимает тарелку
к седлу. При подъеме шпинделя сна-
Рис. 5. Обводы вентилей: а — внутренний; б —
наружный
чала открывается вспомогательный клапан обвода, а тарелка
вентиля остается прижатой к седлу (рис. 5, а). После того как
давление за вентилем выравняется с давлением до вентиля до
нужной величины, производят дальнейший подъем тарелки вен-
тиля и открывают основной проход. Наружный обвод создается
вспомогательным вентилем, соединяющим обе полости главного
вентиля (рис. 5, б). Выравнивание давления осуществляется откры-
тием вспомогательного вентиля.
По расположению ходовой резьбы можно выделить вентили
с внутренней и наружной резьбой. В вентилях с внутренней резь-
бой она выполняется непосредственно в крышке до сальника,
и работа резьбового соединения происходит при соприкосновении
40
с рабочей средой (рис. 6, а и б), так как сальник расположен
выше резьбы. Такие конструкции обычно применяются для не-
больших диаметров прохода, если среда не имеет коррозионных
свойств, ядовитых и агрессивных компонентов и если вентиль не
работает при высокой температуре или высоком давлении. Вен-
тили с наружной резьбой (рис. 3 и 4) применяются во всех ответ-
ственных случаях. Такая конструкция облегчает уход, смазку
и ремонт резьбового соединения.
Вентили можно разделить на сальниковые (рис. 3—6) и силь-
фонные (рис. 7). В последних сальниковые устройства, обеспе-
чивающие плотность подвижного соединения шпиндель—крышка,
заменены сильфонными. Благодаря наличию сильфона (в пре-
делах срока его работы) исключаются какие бы то ни было про-
течки между шпинделем и крышкой. Сильфонные вентили исполь-
зуются лишь в случае особой необходимости, так как срок работы
сильфона ограничен, а замена сильфона представляет собой слож-
ную операцию.
Для присоединения к трубопроводам вентили снабжаются
фланцами (рис. 3), муфтами с внутренней резьбой либо цапками
с наружной резьбой (рис. 6, а и б). Для энергетических установок
в настоящее время широко используются вентили, ввариваемые
в трубопровод, для чего они снабжаются соответствующими па-
трубками (рис. 6, в и а).
Вентили чаще всего приводятся в действие вручную, с помощью
маховика. В связи с развитием автоматизации управления про-
изводственными процессами в последнее время все шире при-
меняются вентили с электрическим, электромагнитным, пневма-
тическим и гидравлическим приводами.
На рис. 8 приведена конструкция вентиля с электроприводом.
Необходимость создания значительных продольных усилий для
управления вентилем, наличие сравнительно сложных элементов
привода и устройств для ограничения крутящего момента при-
водят к тому, что привод по сравнению с самим вентилем полу-
чается значительных размеров. Для клапанов небольших прохо-
дов при относительно малых давлениях применяются также
электромагнитные приводы, которые обеспечивают быстрое сра-
батывание клапана и возможность дистанционного управления.
Чтобы исключить необходимость держать электромагнит постоянно
под током, применяют специальные защелки, удерживающие
тарелку клапана в заданном положении при отключенном элек-
тромагните. Электромагнитные клапаны изготовляются с диа-
метром прохода до 70 мм включительно. Применение вспомога-
тельных устройств в виде мембран позволяет расширить область
применения электромагнитных приводов для клапанов до Dy =
= 200 мм.
На рис. 9 показан клапан для фреона, аммиака, пресной и
морской воды с условным диаметром прохода от Dy = 3 мм до
41
Рис. 6. Вентили с внутренней ходовой резьбой (а и б) и наруж-
ной ходовой резьбой (в и г)
42
Рис. 7. Вентиль сильфонный
Рис. 8. Вентиль с электроприводом
Рис. 9. Клапан бессальни-
ковый с электромагнитным
приводом
Dy — 50 мм, рассчитанный на давление среды Рраб = 17 кГ1см\
Управление производится постоянным или переменным током,
режим работы электромагнита — длительный. Наличие холостого
разбега якоря позволяет использовать его динамические усилия
(удар) для открывания клапана в случае прилипания тарелки
к седлу.
На рис. 10 приведен запорный клапан с электромагнитным
приводом с главным и управляющим малым клапанами. Для
управления главным клапаном используется вспомогательное
поршневое устройство. На рис. 11 представлена конструкция
прямоточного запорного клапана с поршневым гидравлическим
приводом.
В вентилях тарелка, перекрывающая проход в седле, обычно
соединяется со шпинделем шарнирно, с тем чтобы тарелка могла
самоустанавливаться и плоскость уплотняющей кольцевой по-
верхности тарелки совпадала с плоскостью кольца корпуса.
Для соединения тарелки со шпинделем последний снабжается
кольцевым буртиком или канавкой, а тарелка имеет соответствую-
щий цилиндрический выступ с выемкой под головку шпинделя.
Сцепление шпинделя с головкой осуществляется с помощью накид-
ной гайки или колпачка, полуколец, шариков и т. и. В некоторых
конструкциях дополнительные элементы, указанные выше, не
используются, а шпиндель вводится через боковую прорезь в рас-
точенное гнездо верхней части тарелки (рис. 5, б).
Ходовая гайка шпинделя устанавливается либо в бугеле,
отлитом заодно с крышкой (рис. 3 и 4), либо на траверсе (попере-
чине), закрепленной на колонках (рис. 5, б). В последнее время
конструкции с колонками употребляются редко.
Уплотняющие кольца вентилей изготовляются из металла,
резины, пластмасс или кожи. Поверхности колец выполняются
либо плоскими, либо конусными с фаской. Первые проще
в изготовлении, вторые имеют основание считаться более плот-
ными, т. е. обеспечивающими лучшее уплотнение при одинаковых
усилиях прижима тарелки к корпусу. Кольца с конусным уплот-
нением лучше обеспечивают также удаление твердых включений,
находящихся или попадающихся в среде из зоны между уплот-
няющими поверхностями колец, что несколько увеличивает на-
дежность работы замка затвора. При больших диаметрах про-
хода уплотняющие поверхности вентилей делаются плоскими,
так как при конусном уплотнении создаются радиальные уси-
лия, распирающие кольцо. С увеличением диаметра прохода
усилие, приходящееся на единицу длины кольца, возрастает,
поскольку усилие вдоль шпинделя растет пропорционально
квадрату диаметра, а развернутая длина окружности кольца
пропорциональна диаметру. При больших диаметрах усилия
возрастают настолько, что могут деформировать уплотняющее
кольцо (вставное), ухудшая условия обеспечения плотности.
44
Рис. 10. Клапан бессальниковый 'с элект-
ромагнитным приводом И вспомогатель-
ным поршнем
Рис. 11. Прямоточный запорный клапан с гидроприводом
Чтобы уменьшить возможную протечку среды через неплот-
ности сальника, когда вентиль полностью открыт, и иметь воз-
можность перенабить сальник, вентили обычно снабжаются так
называемым верхним уплотнением, которое перекрывает проход
среды через зазор сопряжения шпиндель—крышка. С этой целью
в нижней части крышки создают внутреннюю конусную поверх-
ность, а на нижнем бурте шпинделя, а иногда на колпачке тарелки
или на выступе тарелки образуют наружную конусную поверх-
ность. При подъеме шпинделя вверх до отказа конусные уплот-
няющие поверхности соприкасаются, чем исключается возмож-
ность прохода среды в сальник через кольцевой зазор.
Использование конуса на колпачке или на выступе 'тарелки
для верхнего уплотнения не рекомендуется, так как во время
эксплуатации вентиля, при приложении на маховике больших
усилий, может быть сорвана тарелка со шпинделя или поврежден
узел головки шпинделя со всеми вытекающими отсюда послед-
ствиями.
Основные параметры сальниковых, сильфонных и мембран-
ных (диафрагмовых) вентилей регламентированы ГОСТом 9697—67.
3. ЗАДВИЖКИ
Задвижки имеют большое распространение и применяются
обычно для трубопроводов от Dy = 50 мм до Dy = 2000 мм.
В диапазонах размеров, выходящих за эти пределы, применение
задвижек ограничено. Положительными качествами задвижки
являются сравнительная простота конструкции и малое гидрав-
лическое сопротивление. У задвижек коэффициент гидравличе-
ского сопротивления находится обычно в пределах £ = 0,08ч-0,2,
в то время как у вентилей он составляет £ = Зч-5 и более. Малое
гидравлическое сопротивление задвижек делает их особенно цен-
ными, например для трубопроводов, через которые постоянно
движется среда с большой скоростью, в частности для трубопро-
водов большого диаметра. В энергетике — на электростанциях,
в водопроводах, газопроводах, в нефтеобрабатывающей промыш-
ленности и т. д. — в качестве запорного устройства — затвора,
как правило, используются задвижки, а вентили используются
лишь при малых Dy. Недостатком задвижек является их относи-
тельно большая высота, поэтому в тех случаях, когда затвор дол-
жен быть, как правило, закрыт, а открывание производится редко,
в целях экономии места при Dy sg; 200 мм используются вентили.
В настоящее время имеется большое разнообразие конструк-
ций задвижек, которые можно подразделить по различным при-
знакам на группы.
Задвижки обычно изготовляются полнопроходными, т. е. диа-
метры отверстий в проходах задвижки не сужаются. В некоторых
случаях, с целью экономии места при монтаже и с целью умень-
46
шения усилий и моментов, необходимых для управления, при-
меняются суженные задвижки, у которых диаметры отверстий
в корпусе сужаются. На рис. 12, а показана суженная задвижка
с симметричным сужением, а на рис. 12,6 — с несимметричным.
Суженные задвижки имеют больший коэффициент гидравличе-
ского сопротивления, чем полнопроходные.
Большое значение для работы задвижек имеет расположение
резьбы шпинделя и ходовой гайки — расположены ли они внутри
Рис. 12. Задвижки с симметричным (а) и несимметричным (6)
сужением корпуса
задвижки, в среде или вынесены за пределы Зоны рабочей среды.
По этому признаку задвижки можно подразделить на задвижки
с выдвижным и невыдвижным шпинделем. У первых резьба нахо-
дится снаружи (рис. 12), у вторых — внутри полости задвижки
(рис. 13). Нормальная работа резьбовой пары шпиндель — ходо-
вая гайка может протекать лишь в чистой среде, не корродирующей
и не засоренной твердыми примесями, поэтому задвижки с не-
выдвижным шпинделем имеют ограниченное применение в средах:
чистая вода, масло и некоторые другие. В задвижках с невыдвиж-
ным шпинделем затруднены наблюдение, уход и ремонт резьбовой
пары, поэтому при коррозионных средах: кислотах и щелочах,
а также для пара и в других ответственных случаях используются
задвижки с выдвижным шпинделем. Задвижки с невыдвижным
шпинделем имеют меньшие габариты по высоте, что делает целе-
сообразным их применение для подземных коммуникаций, ко-
лодцев, в качестве нефтяных фонтанных задвижек для установки
47
Рис. 13. Задвижка клиновая с невыдвижным шпинделем и с обво-
дом
Рис. 14. Задвижки параллельные: а — с выдвижным шпин-
делем и электроприводом; б — с нрвылвижным шпинделем
48
на «елках» нефтяных скважин и т. д. В последнее время число
конструкций задвижек с невыдвижным шпинделем сокращается.
В зависимости от расположения уплотняющих колец в кор-
пусе задвижки можно разделить на параллельные и клиновые.
В параллельных задвижках (рис. 14) уплотняющие кольца кор-
пуса расположены параллельно, в клиновых (рис. 15) кольца рас-
положены под углом. Параллельные задвижки могут иметь два
диска с клиновым распором (рис. 14, а и б) или один плоский диск
для работы самоуплотнением (рис. 16). Последняя конструкция
применяется сравнительно редко.
Клиновые задвижки, в свою очередь, подразделяются на за-
движки с цельным клином (рис. 15, а) и задвижки клиновые
двухдисковые, у которых клин образуется двумя дисками, рас-
положенными под углом (рис. 15, б). Применение цельного диска
создает жесткую и надежную конструкцию, но жесткость клина,
полезная для обеспечения надежной плотности замка, создает
при колебаниях температуры опасность заклинивания клина со
4 Д. Ф. Гуревич 49
Рис. 16. Задвижка ли-
стовая (шиберная) с
мягким уплотнением
всеми вытекающими отсюда последствиями из-за невозможности
открыть задвижку. В задвижке с двухдисковым клином вероят-
ность заклинивания значительно меньше. Цельный клин в за-
движке лучше направляется, чем двухдисковый, что является
ценным качеством. В последнее время разрабатываются конструк-
ции упругого цельного клина.
Задвижки изготовляются из чугуна, стали, цветных металлов
и сплавов и из пластмасс. Задвижки большого прохода для малых
давлений иногда изготовляются сварными.
Поперечное сечение корпуса задвижки может
иметь вид прямоугольника, овала или круга.
Такое же сечение имеет и соответствующая
крышка.
Под действием внутреннего давления сре-
ды стенки плоских и овальных корпусов и
крышек начинают выпучиваться, прибли-
жаясь к форме цилиндра, которая наиболее
благоприятна для восприятия внутреннего
давления. Плоские и овальные формы сече-
ния используются лишь для арматуры не-
больших давлений. Можно примерно считать,
что задвижки с плоским корпусом (рис. 17)
применяются при давлении до Ру = 4 кПсм2.
Чугунные задвижки с овальным корпусом
(рис. 18) используются при давлениях до Ру=
= 10 кПсм2, стальные — до Ру = 16 кПсм2.
При больших давлениях применяются за-
движкис круглым сечением корпуса (рис. 19).
Для увеличения жесткости плоских и
овальных корпусов и крышек они снабжаются
ребрами жесткости. Задвижки с круглым
корпусом ребер не имеют. Ребра могут быть
расположены внутри (рис. 18) или снаружи (рис. 17). Изготовле-
ние внутренних ребер технологически несколько сложнее, чем
наружных. В наружных ребрах, расположенных вдоль длинной
стенки, под действием давления среды возникают напряжения
растяжения, во внутренних — напряжения сжатия.
Допускаемые напряжения сжатия для чугуна значительно
больше допускаемых напряжений растяжения, поэтому чугунные
задвижки с внутренними ребрами при тех же размерах и усло-
виях работы прочнее, чем с наружными ребрами; в силу этого
чугунные задвижки стараются снабжать вдоль длинной стенки
ребрами, расположенными внутри. Для стальных задвижек рас-
положение ребер снаружи или внутри равнозначно, поэтому
их чаще всего выполняют с наружными ребрами, изготовление
которых проще. Ребрами жесткости снабжаются также диски или
клинья больших задвижек,
50
Рис. 17. Задвижка клиновая двухдисковая с плоским корпусом
4*
51
Рис. 18. Задвижка параллельная с овальным корпусом
Рис. 19. Задвижка клиновая с круглым сечением корпуса
В задвижках используются либо ручной привод, либо элек-
трический. Задвижки с электроприводом изображены на рис. 17,
18 и 19. Для задвижек находят применение и поршневые гидрав-
лические или пневматические приводы (рис. 20). Для уменьшения
крутящего момента на ма-
ховике ручного управления
используют редуктор с чер-
Рис. 21. Задвижка клино-
вая с червячным редуктором
для ручного управления
Рис. 20. Задвижка с гидро-
приводом
вячной передачей (рис. 21) или редуктор с зубчатой конической
передачей (рис. 22). При наличии электро- или гидропривода
задвижки снабжаются ручным дублером управления для того,
чтобы иметь возможность управлять задвижкой при отсутствии
электрического тока или давления в системе управления задвиж-
кой.
Для снижения усилий, необходимых для открывания задвижки,
и уменьшения вероятности возникновения гидравлического удара
в системе задвижки часто снабжаются обводом. В задвижках
53
применяется только наружный обвод (рис. 18 и 19), он ставится,
как правило, на задвижках больших диаметров прохода и на мень-
ших задвижках при больших давлениях среды. Все задвижки
имеют сальниковое уплотнение шпинделя, так как сильфоны не
Рис. 22. Задвижка клино-
вая с редуктором с кони-
ческой зубчатой передачей
создают достаточного хода, чтобы обеспе-
чить работу задвижки.
Задвижки, также каки вентили, обыч-
но снабжаются верхним уплотнением для
перекрытия сальника. Для соединения
с трубопроводом задвижки обычно снаб-
жаются фланцами. Хорошо себя зареко-
мендовал в эксплуатации энергетических
установок метод приварки арматуры без
применения фланцев. Отсутствие фланцев
ликвидирует возможные протечки в сты-
ках, уменьшает вес арматуры и снижает
количество деталей, необходимых для сое-
динения, при этом нет необходимости иметь
прокладки, болты, гайки и шайбы. Однако
демонтаж арматуры для ремонта несколько
усложняется. Эксплуатация подтвердила,
что положительные качества приварного
соединения арматуры, например в усло-
виях работы энергетических трубопрово-
дов, значительно превосходят недостатки,
поэтому такое соединение стальной арма-
туры с трубопроводами получает широкое
применение и в других отраслях промыш-
ленности.
В некоторых случаях задвижки малых
диаметров прохода с £5^=80 мм и меньше
имеют муфты с резьбой для присоедине-
ния к трубопроводу. Задвижки канали-
зационных систем для присоединения к
чугунным или неметаллическим трубопро-
водам снабжаются специальными растру-
бами.
для ручного управления При неблагоприятных условиях работы
уплотняющих колец, во избежание кор-
розии и задирания рабочих поверхностей, применяются задвижки
со смазкой (рис. 23). Смазка несколько повышает также внутрен-
нюю плотность задвижки. Полость корпуса заполняется конси-
стентной смазкой, которая и смазывает уплотняющие кольца.
В корпусе запрессованы два бронзовых кольца с кольцевыми
канавками, в которых размещены кольца съема смазки, поджи-
маемые к диску пружинами. Плотность перекрытия задвижки
обеспечивается тем, что правый диск при движении вниз в пози-
54
ции закрывания упирается верхним упором в корпус, а левый,
продолжая свое движение вниз, скользит вдоль клина, уплотняя
замок затвора.
При эксплуатации арматуры во многих случаях необходимо
знать, в каком положении находится задвижка (закрыта или от-
крыта) и какова степень открытия ее; для этой цели задвижки
Рис. 23. Задвижка параллельная со смазкой
снабжаются указателем подъема. Указатель имеет либо линейную
(вертикальную) шкалу, либо круговую. Указателем подъема в не-
которых случаях снабжаются и вентили.
При управлении задвижками в шпинделе возникают значи-
тельные осевые усилия, воспринимаемые буртом шпинделя или
буртом гайки. В опоре бурта возникает большой момент от силы
трения, для уменьшения которого устанавливаются опорные
шариковые подшипники. Благодаря этому значительно снижается
необходимая мощность привода. Задвижки больших и средних
диаметров прохода, работающие при больших давлениях среды,
снабжаются шариковыми упорными подшипниками.
Основные параметры этих задвижек регламентированы
ГОСТом 9698—67.
55
Приведенные выше конструкции относятся к задвижкам, у ко-
торых уплотняющая поверхность колец корпуса и диска или клина
образует плоскость. Имеются также так называемые кольцевые
задвижки, схема работы которых приведена на рис. 2, б. В этих
задвижках с помощью поршня перекрывается кольцевое сечение
полости, через которую проходит среда. Такого типа задвижки
используются сравнительно редко и в основном для воды при
больших диаметрах трубопроводов. Положительным качеством
этих задвижек является малая высота конструкции, что позво-
ляет использовать их в помещениях малых размеров.
4. КРАНЫ
Краны имеют более ограниченное применение, чем задвижки
или вентили, и не располагают таким разнообразием конструкций.
Они используются главным образом для трубопроводов малых
диаметров. Лишь последнее время получили распространение
краны для трубопроводов с Dy = 700 мм и более. Положитель-
Рис. 24. Краны проходные: а — сальниковый;
б — натяжной
ными качествами крана являются: простота
конструкции, компактность, малое гидравли-
ческое сопротивление, сравнительно неболь-
шие размеры по высоте, возможность предо-
хранения уплотняющих
поверхностей корпуса
и пробки от воздейст-
вия протекающей среды
при открытом положе-
нии крана и возмож-
ность применения смаз-
ки уплотняющих по-
верхностей, так как
уплотняющие поверхно-
сти корпуса и пробки
соприкасаются посто-
янно. Вместе с тем кра-
ны имеют недостатки,
основными из которых являются: сравнительно быстрый износ
и потеря плотности корпусного соединения в связи с большим тре-
нием соприкасающихся поверхностей при повороте пробки, при
разнице в величине пути трения для верхней и нижней части
пробки, а также относительная сложность процесса притирки
пробки к корпусу крана. Краны изготовляются из латуни,
бронзы, чугуна, стали, пластмасс и других неметаллических
материалов.
Краны подразделяются на две большие группы: сальниковые
(рис. 24, а) и натяжные (рис. 24, б). В сальниковых кранах
поджатие пробки осуществляется путем затяга сальника, через
набивку которого передается осевая нагрузка на пробку крана.
56
Для возможности отжатия пробки с целью регулирования усилия
снизу корпуса устанавливается отжимной винт (рис. 25, 26).
В натяжных кранах продольное усилие на пробке создается за-
тяжкой гайки на хвостовике пробки. Таким образом, в натяжных
кранах верхний и нижний торцы пробки не
уплотняются, и в случае протечки крана рабо-
чая среда будет поступать наружу. В сальни-
ковых кранах в случае образования неплот-
ности в конусном соединении среда наружу
поступать не будет, а будет просачиваться
в перекрытую часть трубопровода.
Для управления краном пробка крана
обычно снабжается квадратом для ключа
или рукоятки (рис. 24), в некоторых слу-
чаях на пробке закрепляется рукоятка управ-
ления.
Основные параметры кранов регламенти-
рованы ГОСТом 9702—67.
Крепление проходных кранов натрубопро-
водах производится либо муфтами с внут-
ренней резьбой (рис. 24), что обычно при-
меняется в кранах из чугуна и цветных сплавов небольшого раз-
мера, либо с помощью фланцев (рис. 25, 26, 27), которыми обычно
снабжаются краны с большим диаметром прохода.
Рис. 25. Кран про-
ходной, сальниковый,
фланцевый
Рис. 26. Кран проходной с паровым обогревом
Для густых смол (каменноугольная смола, пек) и других
вязких материалов используются краны с паровым обогревом
(рис. 26). Через рубашку крана пропускается пар, благодаря
чему сохраняется жидкотекучесть нагретой смолы и обеспечи-
вается работоспособность крана.
Рассмотренные конструкции кранов являются затворами, они
служат для открывания и закрывания прохода среды. Двуххо-
довые краны имеют при работе два положения пробки. Существуют
57
также трехходовые краны (рис. 27), имеющие четыре положения
пробки, при которых поток среды может либо разветвляться по
двум направлениям, либо направляться в каждое из них в отдель-
ности, либо поток может перекрываться полностью.
Для управления кранами больших диаметров прохода при
высоком давлении среды необходимы значительные моменты для
проворота пробки, поэтому такие краны обычно снабжаются чер-
вячным редуктором, как это показано на рис. 28, где пробка рас-
положена вершиной конуса вверх. На уплотняющих поверхно-
Рис. 27. Краны трехходовые
стях этого крана сделаны канавки, в которые подается смазка.
Смазка имеет определенную консистенцию в зависимости от тем-
пературы и давления среды. На уплотняющих поверхностях при
повороте пробки образуется пленка смазки, что повышает степень
плотности подвижного конусного соединения, уменьшает силы
трения и износ поверхностей. Подача смазки осуществляется
ввинчиванием болта в пробку, обратный шаровой клапан исклю-
чает возможность обратного выдавливания смазки.
На рис. 29 показана бесколодезная установка на трубопроводе
стальных кранов Dy = 400-ь700 мм для рабочего давления среды
Рраб = 64 кПсм2. Присоединение крана к трубопроводу произ-
водится путем сварки. Управление крана — ручное с помощью
червячного редуктора. Кран снабжен обводом (байпасная линия)
для выравнивания давления по обе стороны пробки. Для этой
цели на кронштейне смонтирован трехходовой кран со смазкой,
управляемый вручную через червячный редуктор. Два патрубка
использованы для работы обвода, третий служит для контроль-
58
a)
СП
CD
Рис. 29. Бесколодезная установка стальных кранов на трубо-
проводе
Рнс. 30. Кран с поршневым пневматическим приводом
60
ного выпуска газа, а также для продувки газопровода при выпол-
нении ремонтных работ.
Управление краном можно осуществлять с помощью пневма-
тического привода. Конструкция крана со смазкой для Dy =
приводами
= 200 мм на Ру — 16 кГ/см2,
управляемого пневмоприводом,
приведена на рис. 30. Поршень
пневмопривода приводит в дви-
жение рейку,сцепленную с зуб-
чатым сектором, насаженным
на ось пробки. При перемеще-
нии поршня поворачивается зуб-
чатый сектор, а вместе с ним и
пробка крана. Необходимое дав-
ление воздуха в цилиндре при-
вода 3—5 кПсм*.
Так называемые конусные
затворы (рис. 31) по принципу
действия и конструкции сходны
с кранами и используются, например, для предотвращения обрат-
ного потока воды при остановке насоса (выполняют роль обрат-
ного клапана). Конусный затвор имеет корпус и пробку такие
же, как и у крана, но отличается от крана тем, что при закры-
вании и открывании прохода производится предварительный
подъем пробки на некоторую высоту, необходимую для того,
чтобы уплотняющие поверхности пробки и корпуса разош-
лись, и во время поворота пробки устранялось трение и износ
61
уплотняющих поверхностей. Последовательные действия подъема
поворота пробки осуществляются с помощью специального меха-
низма, основными деталями которого являются шпиндель с гай-
кой, вилка и ползун с роликом (рис. 31, а). Ползун с помощью
шатуна связан с кривошипом, поворачивающим гайку шпинделя.
Привод перемещает ползун вдоль направляющих. Подъем пробки
происходит при повороте гайки в то время, когда вилка заблоки-
рована роликом. Затем ролик заходит в вилку, после чего гайка
и вилка поворачиваются совместно и происходит поворот припод-
Рис. 32. Кран с цилиндрической
пробкой
нятой пробки. При дальнейшем дви-
жении ролик выходит из вилки и
блокирует ее положение, двигаясь
дальше, при этом пробка опускается
вниз. При движении ползуна в обрат-
ном направлении все происходит в
обратной последовательности. Управ-
ление осуществляется либо при по-
мощи электропривода (рис. 31, а),
либо с помощью гидравлического при-
вода (рис. 31, б). Конусные затворы
изготовляются для трубопроводов с
диаметром прохода0^=200 = 800мм.
Существуют конструкции кранов
с цилиндрической пробкой (рис. 32).
В связи с пониженными возможно-
стями обеспечения внутренней плот-
ности по сравнению с конусными,
эти краны используются для вязких
сред или в тех случаях, когда требо-
вания к плотности перекрытого крана
могут быть снижены.
В последнее время получают распространение шаровые краны,
у которых пробка имеет вид шара, поворачивающегося вокруг
вертикальной оси (рис. 33). Эти краны успешно применяются
для агрессивных сред и для низких температур при различ-
ных диаметрах прохода. На рис. 34 показан шаровой кран
со смазкой Dy = 800 мм, Рраб = 55 кПсм2 для бесколодезной
установки на трубопроводе.
5. ПОВОРОТНЫЕ ДИСКОВЫЕ ЗАТВОРЫ (ЗАСЛОНКИ)
Поворотный дисковый затвор представляет собой круглую
дисковую заслонку с уплотнением, позволяющим обеспечить пере-
крытие потока (рис. 35, а). Такие затворы по каталогу ЦКБА
изготовляются для диаметров прохода Dy = 400—1600 мм, они
используются и для больших трубопроводов гидротехнических
сооружений. Уплотнение затвора обеспечивается смещением оси
вращения диска и применением уплотняющего резинового шнура.
62
Для уменьшения гидравлического сопротивления диск изготов-
ляется в форме чечевицы. Привод в рассматриваемой конструкции
осуществляется с помощью электродвигателя через червячный
редуктор. Привод имеет ручной дублер для управления дисковым
затвором в аварийных условиях (при отсутствии электроэнергии).
Затвор предназначен для работы при давлениях до Ру =
= 10 кПсм?. Достоинствами поворотных дисковых затворов (за-
слонок) являются: минимальная строительная длина, малый вес,
простота конструкции, малое количество деталей и относительно
низкая стоимость. Эти преимущества по отношению к другим
типам затворов возрастают с увеличением условного диаметра
прохода. Недостатком этих конструкций является необходимость
применения привода с большим крутящим моментом при больших
перепадах давлений на дисковых затворах большого диаметра
прохода. Для этих целей применяют также гидропривод в виде
цилиндра с поршнем.
Поворотные дисковые затворы в последнее время получают
все большее распространение; их применяют как для работы при
значительных давлениях и перепадах давлений, так и при очень
малых давлениях и вакууме. Существуют конструкции дисковых
затворов и с вертикальной осью вращения диска (рис. 35, б).
Помимо круглых заслонок, применяют также заслонки прямо-
угольной формы — одинарные и многостворчатые.
64
Рис. 36. Кольцевая задвижка с кривошипным механизмом
привода
Рис. 37. Кольцевая задвижка с винтовым приводом
5 Д. Ф .Гуревич
65
6. КОЛЬЦЕВЫЕ ЗАДВИЖКИ
Кольцевые задвижки образуют отдельную группу конструк-
ций. Они применяются для трубопроводов больших диаметров,
имеют относительно небольшие габариты и сравнительно малый
коэффициент гидравлического сопротивления. Принципиальная
схема работы кольцевой задвижки приведена на рис. 2, б. Ци-
Рис. 38. Кольцевая задвижка со встроенным гидропри-
водом
линдр, перемещаясь вдоль оси трубопровода, перекрывает про-
странство, через которое движется транспортируемая по трубо-
проводу среда, и таким образом отделяет одну часть трубопровода
от другой, прекращая поток среды.
На рис. 36 представлена конструкция кольцевой задвижки
с кривошипным механизмом привода, расположенным в полости,
заполненной средой. На рис. 37 показана конструкция с винто-
вым приводом, механизм которого работает в изолированном от
среды пространстве. На рис. 38 показана кольцевая задвижка
с встроенным гидроприводом. В отечественной арматуре кольце-
вые задвижки пока широкого распространения не получили.
66
Глава II. РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА
1. ВВЕДЕНИЕ
С помощью регулирующей арматуры один или несколько пара-
метров технологического процесса производства или рабочего
процесса машины поддерживаются в требуемых пределах. Регули-
рование мо'жет быть ручное или автоматическое. При ручном регу-
лировании изменение степени открытия арматуры производится
оператором по результатам показаний измерительных приборов.
При автоматическом регулировании регулируемые параметры
поддерживаются в нужных пределах путем автоматического управ-
ления арматурой, снабженной соответствующими приводами.
Система автоматического регулирования состоит из объекта
регулирования и присоединенного к нему автоматического ре-
гулятора.
Автоматический регулятор состоит из измерительной и регу-
лирующей систем. В измерительную систему входят: первичный
элемент (поплавок, термопара, мембрана и т. д.), показывающее
или регистрирующее устройство и передаточная связь.
Регулирующая система состоит из регулирующего устройства,
исполнительного механизма и исполнительной связи, соединяю-
щей регулирующее устройство и исполнительный механизм.
Исполнительный механизм в арматуре представляет собой
дроссельное устройство, снабженное приводом, который может
быть электрическим, электромагнитным, пневматическим, гидрав-
лическим и т. д.
По роду действия регуляторы бывают прерывного и непрерыв-
ного действия. В регуляторах прерывного действия регулирующий
орган перемещается периодически, через некоторые промежутки
времени, при достижении определенных значений регулируемого
параметра, изменяющегося непрерывно. В регуляторах непрерыв-
ного действия регулирующий орган перемещается непрерывно
при непрерывном изменении регулируемого параметра.
В трубопроводных системах в качестве регулирующего органа
наиболее часто применяются регулирующие клапаны.
Регулирующий клапан представляет собой дроссельное устрой-
ство с регулируемым сечением отверстия для прохода среды.
Управление регулирующим клапаном может производиться
непосредственным действием среды, транспортируемой по данному
трубопроводу, либо от постороннего источника энергии.
В регулирующих клапанах, управляемых действием среды
на привод плунжера, положение плунжера будет определяться
соотношением сил, передаваемых на плунжер со стороны привода,
и сил, действующих от давления среды непосредственно на плун-
жер. Такие регулирующие клапаны действуют автономно, не
требуют преобразования одного вида энергии в другой, имеют
свой первичный (чувствительный) элемент и по существу являются
5* 67
регуляторами прямого действия. К этой группе регуляторов
относятся, например, регуляторы давления «до себя» и «после
себя», регуляторы уровня и др. (рис. 39). К регуляторам прямого
действия относятся также регуляторы, предназначенные для зна-
чительного понижения давления, называемые редукционными
клапанами.
Регуляторы давления обычно имеют тарельчатый плунжер и
небольшой ход.
В регулирующих клапанах, управляемых от постороннего
источника энергии, связь давление—расход разорвана и осуще-
ствляется по элементам: давление—ход плунжера и ход плун-
жера — расход среды.
В этих клапанах (рис. 40) положение плунжера фиксируется
приводом, действующим от постороннего источника энергии,
управляемого чувствительным элементом, и не зависит или
мало зависит от непосредственного воздействия давления транс-
портируемой среды по данному трубопроводу на привод и плун-
жер.
К этой группе относятся регулирующие клапаны с пневмати-
ческим, гидравлическим и электрическим приводами, смеситель-
ные клапаны и некоторые другие. Регулирующие клапаны могут
быть использованы для решения самых разнообразных задач
автоматического регулирования — регулирования давления, рас-
хода, температуры, состава среды и пр., в зависимости от изме-
нения тех или иных параметров различных звеньев технологиче-
ского процесса или рабочего процесса машины. Регулирующие
клапаны имеют обычно профилированный плунжер и значитель-
ный ход.
Автоматические регуляторы по характеристике действия под-
разделяются на следующие.
Астатические регуляторы, у которых при отклонении
регулируемого параметра от заданного значения регулирующий
орган перемещается в одном направлении до тех пор, пока пара-
метр вновь не получит заданное значение. При перемене знака
отклонения регулируемого параметра астатический регулятор
меняет направление движения регулирующего органа. К аста-
тическим типам регуляторов относятся и двухпозиционные регу-
ляторы типа «открыто—закрыто».
Пропорциональные, или статические регуляторы,
у которых при отклонении регулируемого параметра от заданного
значения регулирующий орган изменяет свое положение в за-
висимости от величины отклонения параметра. Каждому значению
регулируемого параметра соответствует определенное положение
регулирующего органа, скорость перемещения которого пропор-
циональна скорости изменения параметра. К пропорциональным
типам регуляторов относятся и регуляторы давления с мембран-
ным исполнительным механизмом.
68
Рис. 39. Регуляторы прямого действия: а — регулятор уровня с поплавком; б — регулятор давле-
ния «до себя»
Рис. 40. Регулирующие клапаны: а — регулирующий клапан (регулятора расхода) с мембран-
ным, пневматическим приводом; б — регулирующий клапан (регулятора температуры) — сме-
сительный клапан с электрическим приводом
Изодромные (равнобегущие) регуляторы, у ко-
торых совмещены свойства пропорциональных и астатических
регуляторов. Пропорциональные свойства обеспечиваются обрат-
ной связью, а астатические или изодромные осуществляются ме-
ханизмом изодрома, который после действия пропорциональной
составляющей доводит параметр до заданного значения.
Пропорциональные, или изодромные регу-
ляторы с предварением, у которых имеется дополнительное
устройство, позволяющее осуществлять регулирование с учетом
скорости изменения параметра. Регулирующий орган в этих регу-
ляторах перемещается с некоторым опережением, величина кото-
рого пропорциональна скорости изменения регулируемого пара-
метра.
Решающее значение имеет характеристика регулятора, она
определяет зависимость между перемещением регулирующего
органа и изменением регулируемого параметра, причем здесь
оказывают влияние все элементы (реле, привод и т. д.), связанные
с перемещением регулирующего органа (плунжера) при измене-
нии регулируемого параметра.
При расчете и конструировании трубопроводной арматуры
должна быть обеспечена необходимая расходная характеристика
регулирующего органа. Различают конструктивную, внутреннюю
расходную и рабочую расходную характеристики регулирующего
органа.
Конструктивная характеристика определяет зави-
симость между площадью открытого сечения и перемещением
регулирующего органа (плунжера).
Внутренняя расходная характеристика плун-
жера определяет зависимость между условной пропускной спо-
собностью клапана Gy т/ч (коэффициентом пропускной способ-
ности ka) и ходом плунжера, выраженным в долях полного хода
при постоянном перепаде давлений на клапане. В условиях экс-
плуатации, когда перепад давления на клапане меняется, вну-
тренняя расходная характеристика изменяется и называется
рабочей. При конструировании регулирующих клапанов
общего назначения, как правило, задаются внутренней расходной
характеристикой, по которой и проектируют плунжер, принимая
ДР = const. г
Существует три основных типа внутренней расходной харак-
теристики: линейная, параболическая и рав-
нопроцентная (логарифмическая). При конструировании
регулирующих клапанов для конкретных установок плунжер
проектируют по рабочей расходной характеристике, для чего
необходимо подготовить график зависимости перепада давлений
на клапане от расхода среды через клапан.
Для того чтобы регулятор оказывал влияние на режим работы
регулируемой системы, сопротивление регулирующего клапана
71
должно составлять по возможности значительную часть сопротив-
ления всей системы, в противном случае его влияние на систему
будетлмало поможет даже наступить потеря регулируемости си-
стемы.
При расчете регулирующего клапана решающими факторами
являются его гидравлическое сопротивление и расходная харак-
теристика; они должны быть подобраны таким образом, чтобы
был обеспечен нормальный ход технологического процесса про-
изводства в соответствии с заданной программой.
Считают, что сечение проходного отверстия клапана должно
быть менее 0,7 диаметра трубопровода, чтобы не могла воз-
никнуть потеря регулируемости системы. На работу регулирую-
щего клапана как элемента системы большое влияние оказывает
сопротивление самой системы, поэтому размер клапана и его рас-
ходную характеристику следует подбирать только с учетом реаль-
ных условий его работы в системе. Выбор характеристики клапана
не относится к области проектирования арматуры и решается при
проектировании всей системы в целом.
Для проектирования регулирующего клапана обычно исполь-
зуют заранее подготовленные данные о пропускной способности,
которую должен иметь клапан при заданных перепадах давления
и расходной характеристике, которая должна быть осуществлена.
Для регулирования потоков среды в трубопроводах принци-
пиально можно использовать любую схему работы затворов
(вентиль, задвижку, кран, заслонку и т. д.). Однако эксплуата-
ционные качества их различны, поэтому тип дросселирующего
устройства выбирается в зависимости от среды, давления, темпе-
ратуры, расхода и других условий эксплуатации. Условия работы
регулирующей арматуры более сложны, чем условия работы
затворов, поэтому и конструкции должны быть разработаны с уче-
том соответствующих требований. Дросселирующее устройство
должно обеспечивать необходимую зависимость изменения рас-
хода от степени открытия арматуры (степени подъема плунжера).
Привод должен обладать достаточной чувствительностью, т. е.
способностью срабатывать при малейших изменениях давления
на приводе: давления рабочей среды (для регуляторов прямого
действия) или командного давления (для регуляторов непрямого
действия). Порог чувствительности Л представляет собой мини-
мальное изменение давления (в кПсм2) на приводе, необходимое
для того, чтобы началось перемещение дроссельного устройства
(плунжера) при давлении в арматуре, равном Ру, и перепаде
давления на плунжере в 1 кПсм2.
Конструкция регулирующего устройства должна обеспечи-
вать нормальную работу также в случаях возникновения пульса-
ций давления в потоке внутри корпуса, поперечно-кольцевых
потоков на поворотах струи, гидродинамических импульсов, эро-
зионного действия струи при больших скоростях и других явле-
72
отрегулированным;
Рис. 41. Регулирующий
вентиль с патрубками для
приварки к трубопроводу
ний, возникающих при дросселировании жидкостей и газов (в ча-
стности, понижение температуры газов). Для обеспечения высокого
качества процесса регулирования арматура в некоторых случаях
приобретает довольно сложную конструкцию и схему работы.
При регулировании давления «после себя» давление до дроссе-
лирующего устройства Рг называется регулируемым, давление за
дросселирующим устройством Р2 называв'
при регулировании давления «до себя»,
наоборот, давление Рг называется отрегу-
лированным, давление Р2 — регулируе-
мым.
2. РЕГУЛИРУЮЩИЕ
И ДРОССЕЛЬНЫЕ ВЕНТИЛИ
Наиболее простым регулирующим уст-
ройством является регулирующий вентиль,
который при использовании на больших
перепадах давлений (при 2<0,57^1) назы-
вается дроссельным. Конструкция регули-
рующего вентиля приведена на рис. 41.
Для регулирования потоков проходное
сечение отверстия в седле изменяется пу-
тем опускания или подъема плунжера с по-
мощью резьбового соединения шпиндель —
ходовая гайка.
Плунжеры бывают четырех основных типов: стержневые, по-
лые, сегментные и тарельчатые (рис. 42). Наиболее часто употреб-
ляются плунжеры первых двух типов.
Рис. 42. Основные типы плунжеров: а — стержневой;
тный; г — тарельчатый
б — полый; в — сегмен-
В стержневых плунжерах регулирование расхода среды осу-
ществляется изменением площади кольцевой щели между седлом
и плунжером, в полых изменяется отрытая площадь окон плун-
жеров для прохода среды, а в сегментных изменяется площадь
щели, имеющей форму сегмента, между седлом корпуса и плунже-
ром. Тарельчатые плунжеры обычно применяются для двухпози-
ционного регулирования.
Регулирующие (дроссельные) вентили применяют для руч-
ного регулирования. В установленном положении вентиль
имеет определенное гидравлическое сопротивление, которое не
73
изменяется до последующей перестановки плунжера, поэтому
такие регулирующие устройства применяются лишь для работы
при установившемся режиме работы системы. Для более сложных
условий работы используются регулирующие клапаны.
3. РЕГУЛИРУЮЩИЕ И ДРОССЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ
Регулирующий клапан, работающий в условиях, когда отре-
гулированное давление Р2 меньше половины ре-
гулируемого Plt называется дроссельным.
Регулирующие клапаны могут быть односедельными и двух-
седельными. Односедельные клапаны для регулирования при-
меняются сравнительно редко и лишь в тех случаях, когда пло-
щадь тарелки невелика или требуется надежная герметичность
клапана в закрытом положении. Недостатком односедельных кла-
Рис. 43. Регулирующий клапан с ры-
чажно-грузовым нагружением и ди-
станционным управлением с помощью
троса
Рис. 44. Двухседельный регулирующий
клапан со стержневым плунжером
панов является наличие значительного усилия вдоль шпинделя
от действия давления среды. На рис. 43 приведен односедельный
регулирующий клапан. Управление клапаном осуществляется пу-
тем поворота рычага с помощью троса, который крепится к концу
рычага. Груз на рычаге должен создавать усилие вдоль шпинделя,
превышающее усилие от давления среды и от сил трения. Такие
74
клапаны устанавливаются так, чтобы вращение рычага происхо-
дило в вертикальной плоскости. Управление регулирующим кла-
паном производится либо с помощью колонки дистанционного
управления, либо от колонок автоматического регулирования.
Может быть применено также ручное дистанционное управление
и другого типа.
Двухседельные регулирующие клапаны имеют уравновешенный
плунжер и требуют меньших усилий и грузов для управления. На
рис. 44 показан двухседельный регулирующий клапан со стержне-
вым плунжером, у которого изменяется сечение кольцевой щели
вокруг плунжера, а на
рис. 45 — двухседельный
Рис. 45. Двухседельный регу-
лирующий клапан с полым
плунжером
Рис. 46. Регулирующий клапан с пово-
ротным полым плунжером
регулирующий клапан с полым плунжером, у которого при
подъеме плунжера изменяется площадь открытых фасонных отвер-
стий, изготовленных в стенке полого плунжера. На рис. 46 пред-
ставлен регулирующий клапан, работающий по принципу действия
крана. Открытая площадь отверстия в стенке полого плунжера
изменяется путем поворота плунжера.
Приведенные выше регулирующие клапаны имеют рычажно-
грузовой механизм с грузовым силовым замыканием. Они управ-
ляются с помощью троса, ограничивающего опускание груза. Та-
кой способ управления используется, например, на электростан-
циях; он отличается простотой и надежностью, но пригоден лишь
в условиях, когда управление может производиться с относительно
небольших расстояний в пределах одного здания. При необхо-
димости управления с больших расстояний обычно используются
не механические, а электрические или пневматические способы.
Наиболее широкое применение получили регулирующие кла-
паны с мембранно-пневматическим приводом и пружинной нагруз-
кой. Они управляются командным давлением воздуха, подводи-
мого от постороннего источника, и могут быть использованы для
75
автоматического регулирования при работе на различных пара-
метрах и свойствах среды и для различных условий эксплуатации.
Пружина на приводе создает определенную зависимость между
усилием и ходом, благодаря чему
на клапане создается зависи-
мость между командным давле-
нием и ходом. На рис. 47, 48
представлено несколько конст-
рукций регулирующих клапа-
нов. Клапаны могут работать по
схеме НО (нормально открыт)
или по схеме НЗ (нормально
закрыт) в зависимости от того,
открыт или закрыт клапан при
отсутствии давления на мемб-
ране привода.
На рис. 47 изображен сталь-
ной двухседельный регулирую-
щий клапан Dy = 25-н 200 мм
с пневматическим мембранным
приводом и стержневым плун-
жером. Переход со схемы НО на
г схему НЗ производится переста-
новкой плунжера с прямого на
обратное положение. Клапан
предназначен для некорроди-
рующих нефтепродуктов, пара
и воды при давлении до Ру =
= 64 кПсм? и температуре до
300°С. Конструкция двухседель-
ного регулирующего клапана
с мембранным пневмоприводом
и полым плунжером с фасон-
ными окнами представлена на
рис. 48, а; такие же клапаны
п „ с электромоторным исполнитель-
Рис. 47. Двухседельныи регулирующий г „„
клапан со стержневым плунжером и ным механизмом показаны на
мембранным пневматическим приводом рис. 48, б. Эти клапаны чугун-
ные, изготовляются с условным
диаметром прохода Dy — 50 н-100 мм на условное давление Ру ~
= 16 кПсм*. Они предназначены для жидких сред, пара и воз-
духа. Корпус изготовлен из серого чугуна и имеет, так же как
и в предыдущем клапане, форму, симметричную относительно
горизонтальной плоскости. Нижняя горловина закрыта плоской
крышкой и используется при работе клапана по схеме НЗ.
В некоторых случаях может быть использован беспружинный
регулирующий клапан, принципиальная схема привода которого
76
воздуха
Рис. 48. Двухседельные регулирующие клапаны с полым плунжером:
а — с мембранным пневматическим приводом; б—с электромоторным при-
водом; в — схема действия беспружинного привода
77
приведена на рис. 48, в. Головка привода имеет две мембраны и две
герметично изолированные полости. В одну из них подается сжатый
воздух или газ, упругость сжатого воздуха используется взамен
пружины. Во вторую полость подается командное давление воз-
духа. Упругость сжатого
)
Рис. 49. Смесительный кла-
пан с мембранным пневмати-
ческим приводом
воздуха в полости нагружения опреде-
ляет собой силовую характеристику
регулирующего клапана ход — давление
командного воздуха. Такие регулирую-
щие клапаны не требуют пружины, но
на их работу могут оказывать влияние
колебания температуры окружающего
воздуха и возможные утечки воздуха
или газа из полости нагружения. Не-
смотря на эти недостатки, такие регули-
рующие клапаны в последнее время по-
лучают применение.
Основные параметры и конструктив-
ные исполнения регулирующих клапа-
нов (с поступательным перемещением
плунжера по направлению потока среды
в клапане) для условных диаметров про-
хода от 6 до 400 мм на давления
до Ру = 320 кГкм~ регламентированы
ГОСТом 9701—61.
На рис. 49 представлена конструк-
ция трехходового смесительного кла-
пана с пневмоприводом. Корпус изго-
товляется из серого чугуна, имеет одно
седло и снабжен нижней горловиной
с фланцем, к которому присоединяется
патрубок со вторым седлом. Горячая
и холодная вода подаются через левый
и нижний патрубки; отрегулированная
смесь выходит через правый патрубок.
Регулирование температуры смеси (или
состава смеси) осуществляется переме-
щением полого плунжера, снабженного окнами. При опускании
плунжера вниз площадь открытого сечения верхних окон уве-
личивается, а нижних уменьшается. Таким путем изменяется тем-
пература воды в выходном патрубке.
На рис. 50 показан регулирующий клапан, используемый в хо-
лодильных установках в качестве регулятора давления. Клапан,
пропуская воду для охлаждения конденсатора, поддерживает по-
стоянное давление конденсации фреона. Фреон подводится в по-
лость мембраны, и его давление уравновешивает усилие пружины,
действующее на тарелку клапана. При повышении давления мем-
брана прогибается и опускает тарелку клапана, увеличивая подачу
78
воды в конденсатор. В результате снижается температура и давле-
ние конденсации, мембрана регулирующего клапана снова зани-
мает исходное положение, снижая расход воды.
Сальниковое устройство штока снабжено масляным затвором
для предотвращения возможности попадания фреона в водяную
магистраль в случае прорыва мембраны.
Рис. 51. Регулирующий клапан для
пара высоких параметров в виде
задвижки с плоским диском
Рис. 50. Регулирующий клапан для
подачи воды в конденсатор холо-
дильной установки
Помимо клапанов, для регулирования иногда применяются
также задвижки. В качестве регулирующего элемента они носят
название регулирующий шибер, или регулирующий клапан. На
рис. 51 приведена задвижка, используемая на электростанциях
при высоких и сверхвысоких параметрах пара как регулирующий
орган для питательной воды. Опыт показывает, что в этих условиях
такие регулирующие устройства по своим эксплуатационным ка-
чествам превосходят обычные регулирующие клапаны. Задвижка
имеет плоский диск, который под действием перепада давлений
плотно прижимается к уплотняющему кольцу корпуса, обеспечи-
вает надежное уплотнение и предотвращает эрозионный износ
уплотняющих колец. В диске имеется фасонное отверстие, пло-
щадь сечения которого изменяется с подъемом диска шпинделем.
79
Электропривод позволяет автоматизировать управление и осуще-
ствлять его с пульта управления.
Поворотные заслонки как органы регулирования потоков
в трубопроводах промышленности используются для воды, воз-
Рис. 52. Поворотная заслонка с круглым диском
духа и газов. На рис. 52 показана одна из таких конструкций
с круглым поворотным диском. Применяются также многоствор-
чатые пластинчатые прямоугольные заслонки, например в уста-
новках для кондиционирования воздуха.
4. РЕГУЛЯТОРЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
В регуляторах давления в привод регулирующего клапана
подводится рабочая среда, а силовое нагружение осуществляется
грузом или пружиной. В ряде случаев привод не выделен отдельно,
а составляет с регулирующим органом общую конструкцию. Регу-
лятор давления имеет тарельчатый плунжер и незначительный
ход, а мембрана или поршень выполняет роль не только привода, но
и чувствительного элемента. Регулятор давления обычно настраи-
вается на определенный узкий интервал давлений, изменение хода
тарелки или плунжера происходит при изменении давления среды.
Приращение давления, необходимое для подъема плунжера на
1 мм, представляет собой неравномерность регулирования и яв-
ляется одной из важных характеристик регулятора прямого дей-
ствия.
Регулятор давления позволяет осуществлять автоматическое
регулирование давления после регулятора («после себя») или до
регулятора («до себя»).
Регулятор давления «после себя» приведен на рис. 53, а, ре-
гулятор давления «до себя» — на рис. 53, б; они носят название
«после себя» или «до себя» в зависимости от участка, на котором
должно поддерживаться давление. Такие регуляторы отличаются
80
Cl
й
е
. Гуревич
Рис. 53. Регуляторы давления с мембранно-грузовым приводом: а — регулятор давления «после себя»; б — регулятор
давления «до себя»
оо
простотой конструкции, не требуют посторонних источников энер-
гии, длинных электро- или пневмокоммуникаций. Груз обеспе-
чивает силовое замыкание системы, заставляя плунжер (тарель-
чатый) подниматься вверх, а мембранный привод ограничивает
подъем плунжера в зависимости от давления среды в контролируе-
мом участке. Расходная характеристика типа давление — подъем
плунжера зависит от изменения эффективной площади мембраны
с подъемом грибка. На характер изменения эффективной площади
мембраны оказывает влияние диаметр
мембраны и грибка, толщина и свойства
материала мембраны.
Рис. 54. Односедельный сталь-
ной регулятор давления «пос-
ле себя»
В регуляторе давления «после себя» тарелки плунжера устанав-
ливаются сверху седла, а надмембранное пространство соединяется
с участком трубопровода, расположенным за регулятором. При
повышении давления мембрана, преодолевая действие груза, опу-
скается вниз и прикрывает проход в седле, доводя давление в трубо-
проводе за регулятором до нужной величины. В регуляторе давле-
ния «до себя» тарелка плунжера устанавливается снизу седла,
а надмембранное пространство соединяется с участком трубопро-
вода до регулятора. При повышении давления мембрана, опуская
плунжер, открывает проход в седле; при этом давление до регуля-
тора снижается до нужного предела.
Односедельный стальной регулятор давления прямого действия
«после себя» приведен на рис. 54. Он применяется для работы на
нефти, пластовых водах и природном газе; устанавливается на
нефтяных скважинах с целью защиты от высоких давлений техно-
логической арматуры и аппаратуры низкого давления, располо-
женных за клапаном. Регулятор имеет мембранный привод, в ко-
торый подается давление от участка за седлом. Он расчитан на
82
максимальное рабочее давление до 50 кПсмг. При повышении дав-
ления за клапаном свыше 11 кПсм* клапан закрывается и отсекает
участок трубопровода, расположенный за ним. Привод может
срабатывать и при других давлениях в зависимости от заданного
усилия пружины. Мембрана и уплотняющие кольца тарелки кла-
пана изготовлены из нефтестойкой резины. Значительное превы-
Рис. 55. Регулятор давления
с пружинно-поршневым при-
водом
Рис. 56. Регулятор давления с поршне-
вым приводом и внутренним импульсным
механизмом
шение площади мембраны над площадью тарелки клапана обеспе-
чивает надежное прижатие тарелки к седлу при возникновении
высокого давления. При пропарке трубопровода привод выклю-
чается с помощью пробкового крана. Смазка сальника произ-
водится с помощью лубрикатора.
Регулятор давления «после себя» прямого действия, работаю-
щий в условиях, когда отрегулированное давление Р2 меньше по-
ловины регулируемого Рг, т. е. при Р2 < 0,5 Р1; называется ре-
дукционным клапаном.
В приведенных регуляторах прямого действия используются
приводы с резиновыми мембранами с тканевой прокладкой, а
6* 83
нагружение производится рычажно-грузовым механизмом. В кон-
струкциях регуляторов прямого действия используется также пор-
шневой привод. В качестве чувствительного элемента используются
металлические мембраны, а нагружение производится с помощью
пружин. Это создает более компактные конструкции, обладающие
меньшей инерционностью и большей чувствительностью.
На рис. 55 показан регуля-
тор прямого действия (редук-
ционный клапан) Dy = 25 -4-
-т- 150 мм, используемый для
понижения давления пара с 14,5
до 1 кПсм2 и выше при темпе-
ратуре /^225° С. Для регули-
рования используется действие
пружины и усилие от давления
пара на поршень и тарелку кла-
пана, которые уравновешива-
ются в определенном положении
тарелки.
При повышении давления
пара увеличивается усилие на
поршень в верхней части ци-
линдра и поршень стремится
закрыть клапан, этому противо-
действует возрастающее усилие
пружины и давление на та-
релку клапана. Для получения
нужного давления редуциро-
ванного пара с помощью ниж-
него маховика изменяется уси-
Рис. 57. Регулятор давления с мемб- лие пружины. Регулятор снаб-
ранно-пружинным приводом жается двумя сменными пружи-
нами для редуцированного дав-
ления пара до 4 кПсм2 и до 10 кПсм2. Поршень снабжен резино-
выми манжетами, для защиты которых от действия пара в цилиндр
заливается вода. Иа линии вдоль редукционного клапана и за ним
должны быть установлены запорные вентили с обводным устрой-
ством. Клапан устанавливается в горизонтальном трубопроводе,
в вертикальном положении маховиком вниз. За клапаном дол-
жен быть установлен предохранительный клапан и манометр для
контроля величины давления.
Регулятор прямого действия (редукционный клапан) с поршне-
вым приводом и внутренним импульсным механизмом (пилотным
устройством), представленный на рис. 56, используется для реду-
цирования давления пара, воздуха или газа при температурах до
300° С с давления 16 кПсм2 до 1 —10 кПсм2. Эта конструкция
обеспечивает повышенную точность регулирования. На металли-
84
ческую мембрану импульсного механизма действует отрегулиро-
ванное давление (за клапаном). При понижении давления мем-
брана под действием пружины опускается и открывает импульс-
ный клапан, управляющий подачей среды до клапана на поршень.
Опускаясь вниз, поршень открывает отверстие седла в корпусе
регулирующего клапана. Регулировка величины отрегулирован-
ного давления осуществляется путем изменения поджатия глав-
ной пружины. Регулятор давления снабжается несколькими смен-
ными пружинами для разных диапазонов регулируемого давления.
Регулятор прямого действия (редукционный клапан) с услов-
ным диаметром прохода Dy = 20 мм представлен на рис. 57. Этот
регулятор предназначен для снижения давления воздуха и дру-
гих газообразных сред.
Регулятор статического типа без импульсного клапана. Чув-
ствительным элементом является мембрана, изготовляемая из ва-
куумной резины. Нагружение мембраны пружинное; сильфон слу-
жит разгрузочным элементом. Рабочее начальное давление по-
дается в правый входной патрубок, среда проходит через фильтр
и поступает в полость клапана снаружи сильфона. Площадь круга,
ограниченная уплотняющей поверхностью клапана, равна эффек-
тивной площади сильфона, поэтому клапан разгружен от действия
давления рабочей среды. Под действием усилия пружины клапан
находится в открытом положении и величина открытия зависит
от усилия пружины, которое уравновешивается действием отрегу-
лированного давления на мембрану.
Регулировка величины отрегулированного давления произ-
водится изменением поджатия пружины. Фильтр клапана должен
периодически очищаться.
В регуляторах давления действие пружины может быть заме-
нено действием газовой среды. На рис. 58 показан регулирующий
клапан с мембранным приводом, используемый для регулирования
давления нейтрального газа «после себя». Клапан двухседельный
с полым плунжером и мембранным приводом двустороннего дей-
ствия. Клапаны эти изготовляются с условным диаметром про-
хода Dy = 40ч-250 мм. Давление перед клапаном 0,6—16 кПсм2,
температура газа от —40 до +60° С. Заданное давление за кла-
паном может настраиваться в пределах 80—400 мм вод. ст. или
400—800 мм вод. ст. На мембрану (диаметром 425—880 мм) может
подаваться среда давлением не свыше 3 кПсм2 для Dy = 40 ч-
ч-50 мм, не выше 2 кПсм2 для Dy = 70 ч- 100 мм и не выше 1 кПсм2
для Dy = 125ч-250 мм.
Регулирующий клапан при осушенном и очищенном газе ра-
ботает по схеме, приведенной на рис. 59, а, при влажном неочи-
щенном газе — по схеме на рис. 59, б.
На мембрану поступает газ через вспомогательный пилотный
регулятор давления прямого действия Dy = 15 мм (рис. 60),
который является задатчиком давления регулятора и определяет
85
Рис. 58. Регулирующий клапан с мембранным беспружинным
приводом
Рис. 59. Схема работы регулятора давления газа «после себя»:
1 — регулирующий клапан; 2 — вспомогательный пилотный регулятор давле-
ния; 3 —фильтр-дроссель; 4 — выравниватель давления
86
давление среды после регулятора на линии низкого давления.
Вспомогательный регулятор является односедельным регулятором
давления «после себя» с мембранно-пружинным приводом. Через
фильтр-дроссель (рис. 61) газ из полости мембраны основного
регулирующего клапана поступает в линию низкого давления
при осушенном и очищенном газе (рис. 59, а) и в атмосферу при
влажном и неочищенном (рис. 59, б). В последнем случае основной
регулирующий клапан может располагаться только приводом
вверх, чтобы выделившаяся влага не попадала в привод и не нару-
шала его работы. Газ из вспо-
могательного регулятора давле-
ния выпускается в атмосферу,
так как давление его ниже, чем
в линии низкого давления.
При повышении давления га-
за в линии низкого давления по-
Рис. 60. Вспомогательный пилотный регулятор давления
вышается давление и под мембраной основного клапана. Золотник
подымается вверх, уменьшая площадь открытого сечения (клапан
типа НЗ — «нормально закрыт»), и давление на выходе умень-
шается. В работе системы участвует выравниватель давления
(рис. 62), который представляет собой двусторонний перепускной
клапан, предназначенный для предупреждения возможности рез-
кого возрастания давления с одной стороны мембраны. Когда раз-
ность давлений становится больше 0,05—0,3 кПсм2, одна из
мембран выравнивателя, на которой создается увеличенная раз-
ность давлений, отходит от седла и полости по обе стороны мем-
браны основного клапана соединяются. После выравнивания
давления эти полости снова разъединяются.
Отдельную группу в арматуре образуют поплавковые регуля-
торы уровня. Управление клапаном здесь производится при по-
мощи поплавка, положение которого определяется уровнем жидко-
сти в резервуаре или аппарате. Такие устройства могут быть
использованы как для двухпозиционного регулирования, так и
пропорционального. Поплавковые регуляторы уровня могут быть
87
использованы как сигнализаторы положения уровня, а также для
дистанционного измерения уровня.
Поплавковые регуляторы могут монтироваться внутри емкости
или снаружи, они могут быть проходного типа, через которые про-
ходит регулируемая среда, и непроходного, через полость по-
плавка которых регулируемая среда не проходит. В подавляющем
большинстве случаев поплавок создается в виде полого шара, из-
готовленного из листового материала. Поплавок должен быть гер-
метичен. Чаще всего поплавки изготовляются металлическими,
Рис. 61. Фильтр-дроссель газа:
/—крышка; 2 —корпус; 3— сетка; 4—гай
ка; 5— втулка; 6—прокладка
но они могут быть из пластмас-
сы и даже из стекла.
Наиболее простая конструк-
ция поплавкового регулятора
представлена на рис. 63. Регу-
лятор предназначен для работы
в качестве ограничителя налива
в цистерны сжиженного газа
(не более 85% объема цистерны).
В корпусе 1, присоединяемом
к трубопроводу с помощью флан-
цев, седло внизу перекрывается
тарелкой клапана 2. Поплавок 3,
перемещая трубчатую штангу,
управляет тарелкой клапана и
при достижении заданного уров-
ня перекрывает подачу сжижен-
ного газа. В нижней части кор-
пуса расположен дренажный
клапан 4, с помощью которого
производится продувка ограничителя налива.
Регулятор уровня, показанный на рис. 64, может быть исполь-
зован для пропорционального регулирования расхода среды, про-
ходящей через контролируемый аппарат при заданном положении
уровня среды. Помимо этого, он может быть использован для ди-
станционной световой или звуковой сигнализации уровня либо
для дистанционного его измерения. Регуляторы уровня могут
монтироваться как внутри емкости, так и снаружи. Приведенная
конструкция предназначена для наружного монтажа и может
быть использована для работы под давлением до Рраб = 16 кПсм?
и t = 200° С. Предел регулирования, сигнализации или измере-
ния уровня — 250 мм.
Полый шаровой поплавок 2, расположенный в корпусе 1, со-
единенном с полостью аппарата или емкости, при изменении уровня
поворачивает штангу 3 и ось 6, проходящую через сальник 7.
При этом поворачивается рычаг 9 с уравновешивающим грузом 8
и серьга 5, которая с помощью рычажной системы воздействует на
шток пневматического реле 4, управляющего движением регули-
88
рующего клапана с мембранным исполнительным механизмом,
устанавливаемым отдельно. С подъемом поплавка угол поворота
рычага 9 увеличивается, в связи с чем увеличивается давление
воздуха (выходное давление 0,1—0,9 кГ/см2), поступающего из
реле в мембранный исполнительный механизм регулирующего кла-
пана, при этом площадь открытого сечения клапана уменьшается
и количество подаваемой в аппарат среды снижается.
При работе в качестве сигнализационного устройства — сигна-
лизатора уровня — вместо пневматического реле 4 устанавли-
Рис. 62. Выравниватель давления
вается электрическое сигнальное устройство, контакты которого
замыкаются (или размыкаются) при достижении определенного
уровня.
Для дистанционного измерения регулятор соединяется со вто-
ричными манометрическими приборами.
Поплавковый регулятор, приведенный на рис. 65, используется
в холодильных установках и предназначен для регулирования
уровня жидкого аммиака в испарителе. Регулятор непроходного
типа, так как жидкий агент после седла клапана сразу поступает
в испаритель, минуя камеру поплавка. Жидкая среда подводится
к верхнему отверстию 13 мм в вертикальной стенке и отводится
в испаритель через нижнее отверстие 13 мм. Нижнее и верхнее
окна 25 мм трубками присоединяются к испарителю соответ-
ственно выше и ниже уровня аммиака в испарителе. Рычаг по-
плавка снабжен противовесом для обеспечения нужного положе-
ния поплавка при нормальном уровне жидкости, который должен
89
о
Рнс. 63. Поплавковый ограничитель
налива сжиженных газов в цистерны
Q
Рис. 64. Поплавковый регулятор уровня
проходить через горизонтальную ось симметрии корпуса регуля-
тора. Противовес также повышает чувствительность регулятора.
К числу регуляторов прямого действия (двухпозиционных)
условно можно отнести и регуляторы максимального расхода,
Рис. 65. Поплавковый регулятор уровня для испарите-
лей холодильных установок
предназначенные для ограничения максимального расхода среды,
проходящей через регулятор. На рис. 66 представлена одна из
конструкций регуляторов максимального расхода. Принцип дей-
хода -7
ствия такого регулятора заключается в том, что при возникновении
чрезмерно большого расхода и высокой скорости среды давление
в зоне седла становится ниже статического давления и таким обра-
зом создается разность давлений снизу и сверху поршня, благодаря
91
чему поршень поднимается вверх и с помощью тарелки перекрывает
седло. При снижении расхода уменьшается скорость среды, дав-
ление с обеих сторон поршня и тарелки выравнивается, и под
действием значительного веса, соответственно рассчитанного, та-
релка вновь опускается и открывает проход для среды.
Глава III. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА
1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ
Предохранительные клапаны предназначены для исключения
возможности повышения давления сверх установленного в обслу-
живаемых объектах и системах путем сброса рабочей среды. По-
скольку при срабатывании предохранительного клапана поступле-
ние рабочей среды в объект не прекращается, пропускная способ-
ность предохранительного клапана должна быть достаточной,
чтобы сброс среды превосходил поступление.
Процесс работы предохранительного клапана можно схема-
тично разделить на пять этапов.
1. Давление в объекте и клапане равно рабочему, при этом
клапан закрыт плотно.
II. Давление возрастает до величины Р = К0Р0, где Ко —
коэффициент перегрузки клапана; Ро — номинальное (начальное)
давление в установке. При этом усилие пружины равно усилию от
давления среды. В связи с исчезновением силового взаимодействия
между уплотняющими кольцами имеет место интенсивная про-
течка среды при отсутствии видимого хода тарелки клапана.
III. Давление среды возрастает свыше К0Р0, тарелка клапана
приподнимается над седлом и начинается пропуск излишней
среды. По мере возрастания давления тарелка клапана переме-
щается вверх, а расход среды увеличивается.
IV. Со сбросом среды давление в объекте снижается и дости-
гает величины, при которой происходит посадка тарелки клапана
на седло. Это давление обычно ниже давления, при котором начи-
нается подъем тарелки и зависит от особенностей конструкции
предохранительного клапана. Тарелка клапана садится на седло,
по мере снижения давления плотность замка клапана повышается
и протечка среды уменьшается.
V. При достижении рабочего давления клапан плотно закры-
вается и протечка среды прекращается.
Предохранительный клапан является одним из наиболее ответ-
ственных устройств арматуры, поскольку неудовлетворительная
работа его может повлечь за. собой очень тяжелые последствия.
В связи с этим выбор размеров предохранительных клапанов и их
обслуживание должны осуществляться тщательно в соответствии
с положениями, установленными Госгортехнадзором. На паровых
92
котлах паропроизводительностью до 100 кГ/ч разрешается уста-
навливать один предохранительный клапан; на котлах большей
производительности должно быть не менее двух предохранитель-
ных клапанов, параллельно включенных и работающих незави-
симо друг от друга. Один из клапанов является контрольным, он
должен иметь устройство, которое не позволяло бы обслуживаю-
щему персоналу изменять регулировку клапана, но не мешало бы
проверке состояния предохранительного клапана.
Предохранительные клапаны должны непосредственно сооб-
щаться с паровым пространством котла. Между котлом и предо-
хранительным клапаном установка каких бы то ни было запорных
устройств запрещается. Предохранительный клапан должен сраба-
тывать под действием давления пара непосредственно на тарелку
клапана или на импульсный клапан. Котлы с номинальным давле-
нием пара свыше 40 ати должны быть оборудованы только им-
пульсными предохранительными клапанами.
В табл. 8 приведены давления пара, при которых в соответ-
ствии с требованиями Госгортехнадзора должны открываться
предохранительные клапаны.
Таблица 8
Давления пара, при которых должны открываться
предохранительные клапаны, устанавливаемые
на паровых котлах
Рабочее давление пара в котле Давление пара, при котором должен открываться предохранительный клапан, в кГ/см2
Рабочий Контрольный
Рраб^ 13 кГ/см2 Рраб 4“ 0,2 Рраб 4“ 0,3
13 < Рраб =С40 кГ/см2 1 >03Р раб 1,05Р раб
Рраб > 40 кГ/см2 1,05Р раб 1,08Р раб
Обычно считают, что простые малоподъемные предохранитель-
ные клапаны при этих величинах повышения давления подни-
маются примерно на 0,05£)с (Dc — диаметр седла), а полноподъем-
ные — на 0,25 Dc и более. На котлах с рабочим давлением до
40 кПсм2 предохранительные клапаны должны иметь диаметр
прохода не менее 25 мм и не более 125 мм, а на котлах с рабочим
давлением свыше 40 кГ/см2 — не менее 15 мм и не более 125 мм.
Число и размеры предохранительных клапанов в соответствии
с требованиями Госгортехнадзора определяются по формуле
nDch = A-^,
где п — общее число установленных клапанов (рабочих и кон-
трольных);
Dc — внутренний диаметр тарелки клапана (диаметр седла) вс.м;
93
h — высота подъема клапана в см;
G — номинальная производительность котла в кПч;
Р — абсолютное давление пара в котле в кПсм2;
А — коэффициент, равный: для малоподъемных клапанов
при высоте подъема й-s 0,05£>с А = 0,0075; для полно-
подъемных при высоте подъема /г>г0,25Ос Л =0,015.
Предохранительные клапаны изготовляются из чугуна, стали
и при особых условиях работы — из других материалов. Чугун-
ные предохранительные клапаны изготовляются для давлений не
выше 16 кПсм2.
Рис. 67. Предохранительный клапан
грузовой открытого типа
Рис. 68. Предохранительный кла-
пан грузовой закрытого типа
Предохранительные клапаны различаются методом выброса
среды, числом тарелок, величиной подъема клапана, методом на-
гружения и т. д.
По методу выброса среды (пара) предохранительные клапаны
можно разделить на клапаны открытого типа (рис. 67), у которых
пар непосредственно выпускается в атмосферу, и клапаны закры-
того типа (рис. 68), у которых пар может отводиться в назначенное
место. По числу тарелок предохранительные клапаны разделяются
на одинарные (рис. 68) и двойные (рис. 69); по методу нагруже-
ния — на рычажно-грузовые (рис. 68) и пружинные (рис. 70).
По высоте подъема тарелки предохранительные клапаны разде-
ляются на малоподъемные, у которых высота подъема несколько
больше или равна 0,05 диаметра седла (рис. 67—70), и полноподъ-
емные, подъем тарелки которых не менее 0,25 диаметра седла.
Существуют предохранительные клапаны с высотой подъема та-
релки менее 0,25, но более 0,05 диаметра седла, такие клапаны
можно назвать среднеподъемными. В связи с недостаточной из-
ученностью свойств этих клапанов они включаются в число мало-
подъемных,
Пропускную способность предохранительного клапана жела-
тельно иметь возможно большой. С целью повышения пропускной
94
способности некоторые элементы конструкции изменяются, в ре-
зультате чего получаются полноподъемные предохранительные
клапаны прямого действия. По принципу работы их можно разде-
лить на следующие типы: активного действия среды, реактивного
действия среды и смешанного типа. Кроме полноподъемных пре-
дохранительных клапанов прямого действия, применяются полно-
подъемные предохранительные клапаны непрямого действия, в ко-
торых срабатывание производится с помощью поршневого привода
после открывания вспомогательного так называемого импульсного
Рис. 69. Предохранительный клапан грузовой двухрычажный
клапана. Последний открывается либо давлением среды, как пре-
дохранительный клапан, либо управляется электромагнитом.
Управление электромагнитом хотя и применяется, но должно
считаться временным решением, допустимым до окончательной
разработки надежных предохранительных клапанов, так как про-
тиворечит указаниям Госгортехнадзора о том, что предохрани-
тельный клапан должен открываться в результате непосредствен-
ного воздействия среды на тарелку клапана (главного или импульс-
ного).
В предохранительных клапанах активного действия среды
(рис. 71, а) увеличенный подъем тарелки достигается увеличением
площади тарелки сразу за седлом, благодаря чему увеличивается
рабочая площадь, воспринимающая давление пара, но при этом
закрывание клапана происходит при более низком давлении, чем
в малоподъемных клапанах.
В предохранительных клапанах реактивного действия среды
(рис. 71, б) увеличение подъема тарелки осуществляется путем ис-
пользования кинетической энергии пара или газа, создающего
реактивное действие на вспомогательные специально образован-
95
Рис. 70. Предохранительный кла-
пан пружинный
Д'РиссслчруюШ'С.е сечение
Зона, повышенного Мления
Зона высокого давления
Рис. 71. Принципиальные схемы действия полноподъемных
предохранительных клапанов: а — активного действия; б —
реактивного действия; в — активно-реактивного действия
Рис. 72. Полноподъемный пре-
дохранительный клапан
ные поверхности. Эти поверхности расположены на тарелке на
некотором расстоянии от седла, на пути прохождения среды, где
она имеет значительную скорость.
В некоторых конструкциях используется одновременно актив-
ный и реактивный методы увеличения подъема тарелки (рис. 71, в).
Конструкция полноподъемного предохранительного клапана
прямого действия DB = 50-4-100 мм приведена на рис. 72. Клапан
стальной, пружинный, предназначен
для пара и газообразных сред при
давлении Ру = 16 кПсм2 и темпера-
туре до 400° С. Эта конструкция полу-
чила широкое распространение, бла-
годаря возможности регулирования
давления подъема и посадки тарелки
клапана.
Наружная поверхность выступаю-
щей части седла имеет резьбу, на кото-
рую навинчивается нижнее регули-
рующее кольцо; с помощью этого
кольца производится регулировка
давления посадки тарелки клапана.
При подъеме нижнего кольца и при-
ближении его к тарелке давление по-
садки уменьшается, при опускании
кольца и удалении от тарелки — уве-
личивается. В нижней части корпуса
имеется резьбовое отверстие, закры-
тое пробкой, через которое осуществ-
ляется регулировка положения коль-
ца. После регулировки установлен-
ная на место пробка фиксирует поло-
жение кольца конусом, входящим
в один из пазов на наружной боковой
поверхности кольца. Тарелка кла-
пана направляется в обойме, на ниж-
ней части которой навинчено верхнее регулирующее кольцо,
с помощью этого кольца регулируется давление подъема тарелки
клапана. При опускании верхнего регулирующего кольца вниз
давление подъема тарелки клапана уменьшается, при подъеме,
наоборот, увеличивается. Регулировка положения верхнего регу-
лирующего кольца производится через верхнее резьбовое отвер-
стие в корпусе, закрываемое пробкой. После регулировки пробка,
будучи завинчена, своим длинным концом фиксирует положение
регулирующего кольца.
Положение верхнего и нижнего колец оказывает некоторое
влияние и на нерегулируемые ими параметры, а именно; верхнее
кольцо — на давление посадки и нижнее — на давление подъема.
7 Д. ф. Гуревич
97
Изменение положения верхнего регулирующего кольца оказы-
вает
него
вать
a)
Рис. 73. Полноподъемные предохранительные
клапаны для поршневых компрессорных
установок: а — фланцевый закрытого типа;
б — штуцерный открытого типа
большее влияние на давление посадки, чем положение ниж-
на давление подъема, поэтому вначале следует отрегулиро-
положение верхнего регулирующего кольца, а затем нижнего.
Продувка предохранительного клапана
производится поворотом вручную рычаж-
ного устройства. Пружины клапана смен-
ные: одна пружина служит
для работы клапана при
давлениях 8—13 кПсм1,
вторая — для диапазона
давлений 13—16 кГ/см1.
В НИИхиммаше разра-
ботаны типовые конструк-
ции полноподъемных пре-
дохранительных клапанов
с высотой подъема h
^0,4Dc для воздуха и не-
агрессивных газов на рабо-
чее давление до 400 кПсм2
при температуре до 200° С.
Некоторые из конструк-
ций этих предохранитель-
ных клапанов приведены
на рис. 73. Уплотняющие
кольца корпуса предусмот-
рены из стали 3X13, уплот-
нение в тарелке клапана
при низких давлениях —
из фибры, при высоких
давлениях — из эбонита.
Кроме полноподъемных
предохранительных кла-
панов прямого действия,
применяются также предо-
хранительные полноподъемные клапаны непрямого действия
с импульсным клапаном (рис. 74). При срабатывании импульс-
ного предохранительного клапана рабочая среда направляется
в поршневой привод главного предохранительного клапана,
в результате чего он открывается. Чтобы исключить удары при
посадке тарелки, предусмотрен гидравлический демпфер. Приме-
няются схемы и с электромагнитным управлением импульсного
клапана (рис. 75). При возникновении давления, превышающего
допустимое, срабатывает электроконтактный манометр ЭК.М. Цепь
нижнего электромагнита ЭЗ размыкается, и замыкается цепь верх-
него электромагнита ЭО, который создает дополнительное усилие
к усилию, действующему от давления пара на тарелку импульс-
98
лого клапана ИК- Этим гарантируется открытие клапана в тре-
буемый момент. Пар направляется в поршневой привод главного
предохранительного клапана ПК, происходит открывание кла-
пана и выпуск избыточного пара. Когда давление упадет до
нормы, ЭКМ переключает цепь, обесточивается верхний элект-
ромагнит ЭО и включается нижний ЭЗ, который обеспечивает
необходимую плотность перекрытия импульсного клапана. С по-
мощью переключателя КУ (ключ управления) можно производить
принудительные подъем и посадку импульсного клапана. Двух-
полюсный выключатель Р позволяет обесточивать всю систему.
Для наблюдения за работой схемы в цепь включены сигнальные
лампы СЛО и СЛЗ. При отсутствии тока импульсный клапан
работает как обычный рычажно-грузовой предохранительный кла-
пан и производит управление главным предохранительным клапа-
ном. Запорный вентиль ЗВ позволяет отключить электроконтакт-
ный манометр ЭКМ. РПЗ и РПО на схеме—промежуточные реле.
Полноподъемные предохранительные клапаны непрямого дей-
ствия с импульсным управлением обладают высокой пропускной
способностью и позволяют направлять сбрасываемый пар для
дальнейшего использования.
Предохранительны?! клапан должен не только надежно откры-
ваться при достижении соответствующего давления, но и плотно
перекрывать седло после посадки тарелки. В этом отношении ры-
чажно-грузовые клапаны работают еще не всегда надежно; приме-
нение предохранительных клапанов с импульсным электрома-
гнитным управлением повышает степень надежности работы пре-
дохранительных устройств.
Так как при длительном пребывании в закрытом положении
уплотняющие кольца тарелки и корпуса могут «прикипеть», необ-
ходимо производить периодическую проверку работоспособности
клапана. С этой целью предохранительные клапаны снабжаются
устройством, позволяющим производить пробное срабатывание
(«подрыв») клапана.
Это устройство обычно выполняется в виде рычага, действую-
щего на шток тарелки. Чтобы обслуживающий персонал не мог
произвольно изменять положение грузов на рычажно-грузовых
предохранительных клапанах, грузы стопорятся, а клапаны по-
крываются кожухами, с откидными крышками, запирающимися
на замок. В крышке клапана делается прорезь, через которую
выпускается цепочка, используемая для подъема рычага при про-
дувке. Пружинные клапаны регулируются путем завинчивания
затяжной гайки пружины до распорной контрольной трубки,
ограничивающей затяг пружины. Регулировочный барашек и за-
щитный колпак пломбируются. При большом весе грузов клапана
должно быть предусмотрено приспособление, позволяющее одному
человеку приподнимать груз для проверки и продувки клапана.
Предохранительный клапан оборудуется трубами, отводящими
7* 99
о
о
б)
Рис. 74. Предохранительный клапан с импульсным управлением для пара высоких параметров: а — с фланцевым
п'.гиеоедпнепием к трубопроводу; б — с приваркой к трубопроводу; в — импульсный клапан; г — схема установки
импульсного клапана
/ — главный предохранительный клапан; 2 — импульсный
пар за пределы котельной при их срабатывании и продувке. В этих
трубах предусматривается отвод конденсата.
В зависимости от среды и условий работы конструкции предо-
хранительных клапанов имеют различные особенности. Так, на-
пример, для сжиженных нефтяных газов и нефтяных сред, имею-
щих большую вязкость, применяется пружинный предохрани-
тельный клапан Du = 80 мм, изображенный на рис. 76. Клапан
предназначен для давления
а) д-—------1-| кГ/см2 и нормальной тем-
пературы. Чтобы избежать при-
Ч'р -г-Н мерзания и прилипания тарелки
Рис. 75. Схема установки предохранительного клапана с электромагнитным управ-
лением импульсного клапана: а — монтажная схема; б — электрическая схема
клапана к седлу в зимнее время, в корпус клапана вмонтирована
спираль из трубки, через которую пропускается пар с температу-
рой t = 120ч-160° С. Для работы при различных давлениях среды
в клапане используются сменные пружины.
Перепускные клапаны по своему назначению близки к предо-
хранительным. Они предназначены не для ликвидации аварийных
условий, а являются элементом системы, в которой возможно повы-
шение давления, но оно нежелательно. Поэтому перепускные кла-
паны срабатывают значительно чаще, чем предохранительные,
они никогда не выпускают среду в атмосферу, как это произво-
дится, например, в предохранительных клапанах открытого типа
для пара в котлах с малой производительностью, а перепускают
среду в заранее предусмотренные емкости или трубопроводы. Пере-
пускные клапаны не регламентируются требованиями Госгортех-
надзора.
102
Рис. 77. Перепускное устройство
Рис. 76. Предохранительный клапан с обогревом для вязких нефтя-
ных сред
о
Перепускной клапан, так же как и предохранительный, по
существу представляет собой двухпозиционный регулятор давле-
ния «до себя» прямого действия. Перепускные клапаны могут быть
прямого действия, когда они срабатывают под влиянием повыше-
ния давления среды без вспомогательных устройств, и непрямого
действия при наличии импульсного клапана, после срабатывания
которого открывается перепускной клапан.
На рис. 77 приведена конструкция перепускного устройства для
продуктовых магистральных трубопроводов. Оно служит для
перепуска нефтепродуктов из трубопровода с высоким давлением
в трубопровод с низким давлением, когда давление превосходит
установленное Рраб = 75 кПсм.2. Перепускное устройство состоит
из двух перепускных (предохранительных) клапанов: перепуск-
ного клапана Dy — 200 мм и импульсного клапана Dv = 50 мм.
Выходной патрубок импульсного клапана подключается к вход-
ному патрубку поршневого привода перепускного клапана; нагру-
жение клапана осуществляется с помощью тарельчатых пружин.
При повышении давления открывается импульсный клапан и
подводится среда под поршень перепускного клапана. Поршень
движется вверх, сжимая тарельчатые пружины, поднимает шток
и открывает перепускной клапан; при этом среда из трубопровода
высокого давления сбрасывается в трубопровод низкого давле-
ния. После снижения давления в трубопроводе высокого давления
до нормы импульсный клапан закрывается, давление под поршнем
снижается. Под действием усилия тарельчатых пружин среда
из-под поршня постепенно выжимается через зазоры импульсного
и перепускного клапанов в отводящий патрубок, расположенный
вверху, в трубопровод низкого давления. Перепускной клапан
закрывается.
2. ОБРАТНЫЕ КЛАПАНЫ
Обратные клапаны служат для предотвращения обратного
потока среды в трубопроводе, например при остановке насоса в си-
стеме и т. д. Обратные клапаны подразделяются на подъемные и
поворотные. В подъемном обратном клапане при прохождении
среды в заданном направлении тарелка поднимается над седлом,
открывая проход. На рис. 78 показан муфтовый подъемный обрат-
ный клапан, на рис. 79 — фланцевый.
Для того чтобы при подъеме тарелки не происходило торможе-
ния средой (демпфирования) в направляющем отверстии хвосто-
вика тарелки, в хвостовике делается небольшое отверстие, соеди-
няющее направляющее отверстие с полостью клапана. Чтобы
обеспечить надежное перекрытие седла клапана, иногда между
крышкой и хвостовиком устанавливается пружина, прижимающая
тарелку к седлу (рис. 80). Этим, однако, увеличивается гидравли-
ческое сопротивление, поскольку в открытом виде перепад на
клапане будет больше.
104
На рис. 81 представлен обратный клапан, используемый в на-
сосных установках при всасывании воды. Для защиты системы от
возможного попадания и засасывания посторонних тел клапан
защищен предохранительной сеткой, образованной в виде полого
чугунного цилиндра, снабженного отверстиями.
Рис. 78. Обратный подъемный Рис. 79. Обратный подъемный кла-
клапан муфтовый пан фланцевый
Для предотвращения обратного потока используются также
поворотные обратные клапаны. На рис. 82 показан поворотный
обратный клапан с обводом, регулируемым задвижкой. Обвод
Рис. 81. Обратный подъем-
ный клапан с защитной сет-
кой для водопроводов
Рис. 80. Обратный подъемный кла-
пан с пружиной возврата
необходим для обратных клапанов большого диаметра прохода
с целью предотвращения гидравлического удара в системе при
срабатывании клапана. С этой же целью обратные поворотные кла-
паны в некоторых случаях снабжаются гидравлическим демпфе-
ром, связанным с поворотной осью тарелки.
На трубопроводах большого диаметра устанавливаются много-
дисковые обратные поворотные клапаны (рис. 83). Вместо одной
105
196
большой тарелки в этих клапанах имеется несколько поворотных
дисков малого диаметра, что уменьшает инерционность этого
устройства. Во избежание гидравлического удара здесь также уста-
навливается обвод в виде задвижки с электроприводом. Когда
среда движется по трубопроводу, диски не находятся в покое. Под
действием пульсирующей струи жидкости колеблются вокруг
осей, вызывая износ осей и проушин тарелок. Ударяясь о корпус,
они создают опасность поломки осей и проушин, что в некоторых
случаях имело место.
Рассмотренные конструкции обратных кла-
панов предназначены для горизонтальных
трубопроводов. Для вертикальных трубопро-
водов могут быть также применены как
подъемные, так и поворотные обратные кла-
паны. На рис. 84 показан обратный поворот-
ный клапан, устанавливаемый на вертикаль-
ном трубопроводе за питательным насосом на рис §5. Клапан обрат-
тепловых электростанциях. Когда поворот- ный поворотный безу-
ная тарелка садится на седло клапана, предот- дарный
вращая обратный поток воды, автоматически
включается перепускной клапан (рис. 84, б), связанный с по-
мощью рычагов с осью поворота тарелки. Игольчатый вентиль
служит для установления количества воды, необходимого при
перепуске. При подъеме тарелки перепускной клапан автомати-
чески закрывается. Перепуск воды в данных условиях необходим
для того, чтобы предотвратить запаривание насоса при закрытом
обратном клапане. Обратные поворотные безударные клапаны
(рис. 85) отличаются тем, что ось вращения тарелки не вынесена
в сторону от прохода, а расположена в проходе, будучи смещена
в сторону от оси. Поскольку в таких клапанах среда обтекает
тарелку, гидравлическое сопротивление клапанов малого прохода
должно быть больше, чем клапанов большого прохода, поскольку
в последних относительное перекрытие диском площади отверстия
прохода меньше.
Глава IV. КОНТРОЛЬНАЯ И РАЗНАЯ АРМАТУРА
1. ПРОБНО-СПУСКОВЫЕ КРАНЫ
Пробно-спусковые краны (рис. 86) используются для проверки
наличия и определения уровня воды, масла и других жидкостей
в резервуарах и сосудах. Пробно-спусковые краны, как правило,
сальниковые, имеют резьбовую цапку с наружной резьбой для
установки на резервуар. На рис. 86, а показан пробно-спусковой
кран с выпуском среды наружу, на рис. 86, б — с выпуском среды
в отводную линию.
107
Рис. 86. Иробно-сп\сковые краны: а—с выпуском среды наружу;
б — с выпуском среды в отводную систему
Рис. 87. Указатели уровня с цилиндрическим водомерным стек-
лом: а — с кранами; б — с вентилями
108
2. указатели уровня
С помощью указателей уровня производится наблюдение за
уровнем воды и других жидкостей в котлах и резервуарах. На кот-
лах обычно устанавливаются два указателя уровня; они ставятся
таким образом, чтобы высший и низший уровень воды проходил
через смотровое стекло не ближе 25 мм от края. На рис. 87, а
показан указатель уровня обычного типа с водомерным стеклом
в виде цилиндрической трубки. Такие указатели уровня приме-
няются для воды и пара при давлении до Ру — 16 кГ1смг и темпе-
ратуре до 225° С. Нижний кран, расположенный по оси стекла,
служит в качестве пробно-спускного устройства для продувки,
остальные два крана являются, запорными. В рабочем положении
ручки кранов расположены книзу. Цилиндрические смотровые
стекла указателей уровня должны быть снабжены щитками для
ограждения обслуживающего персонала в случае разрыва стекол.
Плоские стекла снабжаются слюдяными пластинами.
Указатель уровня, показанный на рис. 87, б, предназначен
для воды и пара при давлении до Ру = 40 кПсм1 и температуре
до 425° С и для коррозионных сред при температуре до 300° С.
Указатель имеет водомерное стекло в виде трубки, запорные уст-
ройства вентильного типа и затвор, с помощью которого автома-
тически перекрывается подача среды в указатель уровня в случае
поломки стекла. Если стекло будет разбито, шарик будет захвачен
струей, прижат к седлу и перекроет проход. После замены стекла
шарик отводится на свое место с помощью наконечника шпинделя
нижнего вентиля.
На рис. 88, а показано плоское водомерное стекло, закрепляе-
мое в рамке с помощью прокладки. Применяются гладкие и риф-
леные стекла с продольными вышлифованными канавками. Бла-
годаря тому, что стекло рифленое, вода при рассмотрении через
это стекло приобретает темный оттенок и хорошо видна при наблю-
дении в гранях стекла.
Краны указателя уровня с плоским водомерным стеклом пока-
заны на рис. 88, б. Для предохранения стекла от химического
воздействия воды ставится тонкая слюдяная пластина.
Указатели уровня иногда бывают расположены на котлах в ме-
стах, неудобных для обслуживания и наблюдения. В таких слу-
чаях применяются указатели уровня с дистанционным управле-
нием кранов (рис. 89) и переключение кранов производится с по-
мощью троса. Лампами осуществляется подсветка водомерного
стекла.
На рис. 90 приведен указатель уровня гидростатического типа
(сниженный), с помощью которого можно осуществлять контроль
за уровнем воды с отметки управления котлоагрегатом. Работа
указателя уровня осуществляется с помощью гидростатического
прибора. Прибор представляет собой дифференциальный мано-
метр, заполненный специальной жидкостью.
109
3. КОНДЕНСАТООТВОДЧИКИ
В связи с потерей тепла при работе теплообменных аппаратов
и при прохождении пара по трубопроводам часть пара, конденси-
руясь, превращается в воду, которая обычно удаляется из системы
с помощью конденсатоотводчиков.
Конденсатоотводчик должен выпускать воду и задерживать
пар, что осуществляется с помощью гидравлического или механи-
ческого затвора. Наиболее широко распространены конденсато-
отводчики с механическим затвором.
Установки или агрегаты, в которых используются конденсато-
отводчики, можно разделить на две группы: энергетические и обо-
гревательные. В энергетических установках образование конден-
сата происходит нерегулярно, например в периоды пуска уста-
новки, включения байпасных линий и в других случаях, когда
осуществляется прогрев тех или иных участков системы. При
установившемся режиме работы этих установок образование кон-
денсата, как правило, не должно происходить. В нагревательных
установках, где пар используется не как источник энергии, а как
теплоноситель, конденсат выделяется непрерывно и в значитель-
ных количествах, так как образование конденсата здесь происхо-
дит постоянно.
Для обслуживания энергетических установок обычно приме-
няют конденсатоотводчики периодического действия поплавко-
вого типа с механическим затвором. Для обслуживания обогрева-
тельных установок используются конденсатоотводчики непре-
рывного действия с гидравлическим затвором — лабиринтные или
сопловые.
Гидравлический затвор создается либо столбом конденсата —
в гидравлических колонках, либо гидравлическим сопротивле-
нием, создаваемым лабиринтом или подпорной шайбой.
Механический затвор создается клапаном, автоматически от-
крывающимся или закрывающимся при определенных условиях,
связанных с наличием конденсата. Таким образом, конденсатоот-
водчик с механическим затвором представляет собой по существу
двухпозиционный регулятор прямого действия, в котором роль
чувствительного элемента и привода одновременно выполняет
поплавок или термоэлемент (термостат или биметаллические
термопластины). Пропускная способность конденсатоотводчика
зависит от диаметра отверстия в клапане и гидравлического со-
противления выпускной части. Клапан периодически открывается
и закрывается. Периодичность срабатывания клапана зависит от
пропускной способности конденсатоотводчика, перепада давления
до и после клапана, объема поплавка и количества поступающего
конденсата. При срабатывании клапана конденсатоотводчика мо-
гут возникать гидравлические удары в системе. Кроме того, удары
клапана по седлу ускоряют износ уплотняющих поверхностей,
111
поэтому следует принимать меры для уменьшения частоты сраба-
тывания клапана; с этой целью размеры конденсатоотводчика вы-
бирают таким образом, чтобы он имел небольшой запас пропуск-
ной способности.
Рис. 91. Конденсатоотводчики поплавкового типа: а — с закрытым поплавком;
б — с открытым поплавком; в — колокольного типа; г — с открытым поплавком
для энергетических установок (Dy = 25 мм; Ру = 100 кГ/см2; tpao = 450° С)
Наиболее распространены конструкции конденсатоотводчиков
поплавкового типа (рис. 91). Они могут быть с закрытым поплав-
ком, с открытым и с «опрокинутым» поплавком — колокольного
типа. Рассмотрим работу конденсатоотводчика с закрытым по-
плавком (рис. 91, а). По мере накопления конденсата (воды) закры-
112
тый поплавок в виде полого шара всплывает и поворачивает ры-
чаг, управляющий выпускным клапаном — скользящим золотни-
ком. При накоплении определенного количества конденсата зо-
лотник открывается и выпускает конденсат. При большом коли-
честве поступающего конденсата клапан открыт постоянно и
работает как конденсатоотводчик непрерывного действия. При
малых количествах конденсата поплавок периодически опускается
и подымается, открывая золотник на короткие промежутки вре-
мени. Поплавок снабжается противовесом для увеличения чув-
ствительности. Закрытый поплавок должен быть герметичным, так
как при появлении течи он теряет плавучесть. Для принудитель-
ного открывания золотника и продувки конденсатоотводчика
имеется рычаг, с помощью которого приподнимается поплавок.
Через выходное отверстие выпускается конденсат вместе с паром
и захватывает при этом выпавшие примеси. Для выпуска воздуха
предусмотрен вентиль, расположенный в верхней части корпуса.
Конденсатоотводчик с открытым поплавком изображен на
рис. 91, б. В корпусе конденсатоотводчика расположен цилиндри-
ческий полый поплавок, который при поступлении конденсата
всплывает и закрывает отверстие выпускного клапана. При даль-
нейшем поступлении конденсата он заполняет пространство между
поплавком и корпусом, переливается через край поплавка и за-
полняет поплавок. Поплавок теряет плавучесть, опускается вниз
и открывает верхний клапан. Под действием давления пара кон-
денсат вытесняется через вертикальную выкидную трубу и клапан,
проходит через обратный клапан и поступает на слив. Когда из
поплавка будет удален конденсат, поплавок снова всплывает и,
поднимаясь, закроет выпускной клапан. Конденсатоотводчик
имеет обводный канал, перекрывающийся вентилем, который на
рис. 91, б не показан. Обводный канал служит для пуска конден-
сатоотводчика в работу. Для этого выпускной вентиль, показан-
ный слева, закрывают, а выпускной вентиль, не показанный на
рис. 91, б, открывают. Затем производится обратное действие и
конденсатоотводчик включается в работу.
В верхней части стенки выкидной трубы имеется отверстие
малого диаметра (2 мм) для выпуска воздуха. С помощью этого
отверстия пространство внутри выкидной трубы соединяется с по-
лостью корпуса. Запирающий клапан имеет наконечник с отвер-
стием, которое, в свою очередь, запирается иглой, связанной с по-
плавком. Игла по отношению к наконечнику имеет продольный
ход. Такое устройство с малым диаметром иглы создает малое уси-
лие на игле от гидравлического давления среды, что позволяет
поплавку опускаться при малом весе. Последующее открывание
наконечником основного седла позволяет обеспечить необходимую
пропускную способность конденсатоотводчика.
Конденсатоотводчик с «опрокинутым» поплавком колоколь-
ного типа показан на рис. 91, в. Поплавок представляет собой
8 Д. ф. Гуревич 113
полый цилиндр, открытый снизу. Из нижней трубы в него посту-
пает конденсат. Своим весом поплавок, действуя на рычаг, откры-
вает клапан. Пока поплавок находится в конденсате, идет выпуск
конденсата через открытое отверстие клапана. Когда в поплавок
начнет поступать пар, он поднимет поплавок и таким образом за-
кроет выпускной клапан. При новом поступлении конденсата пар
выжмется через малое отверстие в верхнем донышке и поплавок
снова опустится. Потери пара через малое отверстие незначительны.
Рис. 92. Конденсатоотводчики термостатные: а — с сильфо-
ном; б — с биметаллическими термопластиками
Действие термостатных конденсатоотводчиков основано на ис-
пользовании разности температур конденсата и свежего пара. Для
приведения в действие конденсатоотводчиков используется способ-
ность некоторых жидкостей испаряться при температуре пара и
занимать во много раз больший объем, чем при температуре кон-
денсата. Так, например, для удаления конденсата с температурой
85—90° С используется смесь из 25% этилового спирта и 75% про-
пилового спирта. После заливки этой смеси сильфон нагревают до
интенсивного кипения ее и в таком состоянии запаивают верхнее
отверстие, благодаря чему в сильфоне создается вакуум. При ис-
пользовании полутомпаковых сильфонов конденсатоотводчик при-
меняют для давлений до 6 кПсм2 и температур пара не свыше 150° С.
При применении стальных сильфонов эти параметры могут быть
повышены.
На рис. 92, а приведен термостатный конденсатоотводчик
с сильфоном. При прохождении пара залитая в сильфон легко
испаряющаяся смесь испаряется, создается давление, и сильфон,
удлиняясь с помощью конусного клапана, перекрывает отверстие
седла. Когда накопится конденсат, температура снизится,
114
жидкость сжижается, сильфон укорачивается и клапан открывает
в седле отверстие для прохода конденсата. Большого распростра-
нения такие конденсатоотводчики не получили из-за недостаточ-
ной долговечности сильфонов. Так как теплоотвод от сильфона дол-
жен происходить нормально, термостатные конденсатоотводчики
Рис. 93. Конденсатоотводчики: а — лабиринтного типа;
б — соплового типа; в — тарельчатый с термодинамиче-
ским диском
с сильфоном нельзя располагать в зоне высоких температур и
в условиях, когда теплоотвод затруднен из-за плохой теплоотдачи
в связи с изоляцией или тепловой защитой.
На рис. 92, б представлен термостатный конденсатоотводчик
с биметаллическими термопластинами. При поступлении пара
термопластины изгибаются и с помощью шарика перекрывают
отверстие для выхода пара. При поступлении конденсата пластины
в связи с охлаждением, выпрямляются и снова открывают отвер-
стие для выпуска конденсата.
На рис. 93, а представлена принципиальная схема конденсато-
отводчика с гидравлическим затвором в виде лабиринтной
8* 115
системы. Лабиринтная система из чередующихся сужений и расши-
рений проходного сечения создает большое сопротивление для пара
и малое для конденсата (воды). Приведенная конструкция яв-
ляется конденсатоотводчиком непрерывного действия. Пропуск-
ная способность этого конденсатоотводчика регулируется подъ-
емом плунжера.
Конденсатоотводчик соплового типа показан на рис. 93, б. Прин-
цип действия его заключается в том, что конденсат выпускается
через цилиндрическое сопло, имеющее ступенчатое сечение с рас-
Рис. 94. Вентиляционное устройство для трубопроводов:
/—поплавковый игольчатый клапан для выпуска воздуха—вантуз;
2—поплавковый клапан для предотвращения образования вакуума
при гидравлическом ударе
ширением. Такая форма сопла не образует большого сопротивле-
ния для прохода конденсата. Для прохода пара сопротивление его
значительно больше, так как при этом происходит внезапное рас-
ширение пара и скорость его соответствует критическому перепаду
давлений, в то время как на конденсат действует весь перепад
давлений. Наблюдение за работой конденсатоотводчика осуще-
ствляется через смотровые окна.
Конструкция конденсатоотводчика тарельчатого типа термоди-
намического действия показана на рис. 93, в. В этом конденсатоот-
водчике конденсат перепускается из одной полости в другую, а
при поступлении пара диск-тарелка перекрывает проход и выпуск
пара не происходит.
Работа конденсатоотводчика осуществляется путем использо-
вания гидродинамических свойств струи пара и изменения темпе-
ратуры и давления пара, находящегося над тарелкой, проникшего
при поступлении конденсата. Конденсат, проходя из одной по-
116
лости в другую, приподнимает тарелку до тех пор, пока за ним
не станет поступать пар. При поступлении пара тарелка прижи-
мается к седлу давлением пара, прошедшего в верхнюю полость
корпуса (над тарелкой). Поскольку площадь действия давления
пара над тарелкой значительно больше площади отверстия в седле,
перекрытие седла осуществляется надежно.
Когда в конденсатоотводчик поступит конденсат, температура
пара над тарелкой снизится, давление уменьшится и конденсат,
приподнимая тарелку, снова
начнет поступать из одной по-
лости в другую до тех пор, пока
не будет выпущен весь конден-
сат и не начнет поступать пар,
после чего тарелка снова пере-
кроет седло.
В ряде случаев возникает не-
обходимость выпустить воздух
<s
1
-I
в
Рис. 95. Вентиляционное устройство для трубопроводов больших
диаметров:
1 — поплавковый клапан для выпуска воздуха — вантуз; 2 — клапан для
предотвращения образования вакуума при гидравлическом ударе
из трубопроводной системы, например при ее заполнении либо
в связи с выделением воздуха из транспортируемой среды. Эту
задачу осуществляют воздухоотводчики или вантузы. Принцип
работы таких устройств заключается в том, что воздух выпускается
через клапан, закрываемый поплавком. Когда в воздухоотводчике
накапливается воздух, он вытесняет воду и поплавок опускается,
открывая седло для выпуска воздуха. После выхода воздуха из
корпуса поплавок, всплывая, подымает клапан и перекрывает
отверстие седла.
На рис. 94 представлена конструкция вентиляционного уст-
ройства, служащего как для выпуска накопившегося воздуха, так
и для предотвращения возможности образования вакуума в ре-
зультате действия гидравлического удара в трубопроводе. В левой
части конструкции расположен воздухоотводчик, работающий как
117
описано выше. В правой части клапан с седлом большого диаметра
будет закрыт лишь при наличии избыточного давления. При обра-
зовании вакуума седло откроется и пропустит воздух, чтобы не
создать опасности разрушения трубопровода внешним атмосфер-
ным давлением. Когда в трубопроводе будет создано избыточное
давление, клапан закроется. Такое же устройство для трубопро-
водов большого диаметра приведено на рис. 95.
Глава V. КОНСТРУКЦИИ АРМАТУРЫ ПРИ ОСОБЫХ
УСЛОВИЯХ РАБОТЫ
1. КОНСТРУКЦИИ АРМАТУРЫ ДЛЯ КОРРОЗИОННЫХ СРЕД
При конструировании арматуры для коррозионных сред наи-
более сложным и ответственным является решение следующих
задач: выбор материалов, коррозионно устойчивых при работе
в данной среде, обеспечение плотности подвижного сопряжения
шпиндель — крышка (внешняя плотность).
Наиболее экономичным представляется применение конструк-
ций, в которых детали изготовляются из обычных, недорогих
сталей и чугунов и футеруются или облицовываются неметалличе-
скими коррозионностойкими материалами (резиной, винипластом,
полиэтиленом и т. д.), или покрываются кислотостойкими эма-
лями. При гаком решении снижаются затраты на стоимость ме-
талла и уменьшается потребление дефицитных специальных высо-
колегированных сталей, но усложняется технологический процесс
изготовления деталей. Некоторые неметаллические материалы,
пригодные для защиты деталей от коррозии, не выдерживают
высоких температур. Резкие колебания температур также отри-
цательно сказываются на некоторых покрытиях, вызывая возник-
новение трещин, расслоений и других дефектов. Это сужает
область применения футерованной арматуры. Однако по мере со-
вершенствования качества облицовочных материалов и техноло-
гических процессов футерования, удельный вес футерованной ар-
матуры в химической промышленности будет возрастать.
В условиях работы вентиляционных установок промышленных
предприятий часто металл арматуры подвергается действию кор-
розионных паров, содержащихся в транспортируемом воздухе
(гальванические цеха), и быстро разрушается. В этих условиях
применение арматуры, облицованной винипластом или полиэти-
леном, дает хорошие результаты.
На рис. 96 представлены конструкции запорной арматуры,
внутри облицованной коррозионностойкой пластмассой, резиной
или наиритом. Торцовые поверхности фланцев также облицовы-
ваются коррозионностойкими материалами.
118
Конструкции, представленные на рис. 96, широкого распростра-
нения не имеют и в серийном порядке не изготовляются, так как
технологический процесс облицовки металлических поверхностей
пластмассой при сложной конфигурации поверхностей характе-
ризуется большой трудоемкостью и еще достаточно не отработан.
Фторопласты не допускают методов изготовления арматуры
с применением пластической деформации в подогретом виде и
сварки, что затрудняет изготовление из них сложных деталей.
Исключительно высокая коррозионная
стойкость этих материалов заставляет раз-
рабатывать другие пути для изготовления
деталей, но пока ограничиваются изготов-
лением простых.
Рис. 96. Арматура, облицованная пластмассой: а — кран; б — прямо-
точный вентиль
На рис. 97, а показан кран из коррозионностойкой стали с проб-
кой из фторопласта, предназначенный для сред при давлении
до 3,5 кГ/см2 и температуре до t - 80° С. Постоянное поджатие
пробки к корпусу обеспечивается пружиной. На рис. 97, б пока-
зана одна из конструкций шаровых кранов. Уплотнение пробки
обеспечивается применением фторопластовых колец в корпусе
крана. Применяются также уплотняющие кольца из резины, кап-
рона, нейлона или пластиката, иногда используют шары, покры-
тые нейлоном. Благодаря применению фторопластовых колец
достигается коррозионная стойкость и обеспечивается возмож-
ность использования этих кранов для низких температур (—250° С
и ниже). Фторопластовые уплотняющие кольца создают возмож-
ность работы крана без смазки с малыми силами трения. В настоя-
щее время шаровые краны наиболее широко применяются для
условных диаметров проходов до 300 мм, но имеется тенденция
к применению шаровых уплотнений и для больших диаметров
прохода (до 1000 мм). Шаровые краны могут быть использованы
119
для значительных давлений (320 кПсм2 и выше) при условии, что
уплотняющие кольца будут иметь соответствующую надежную
конструкцию. Шаровые краны применяют также для вакуума
Рис. 97. Краны для коррозионных
сред: а — кран из кислотостойкой
стали с пробкой из фторопласта;
б — шаровой кран из кислотостой-
кой стали с уплотняющими коль-
цами из фторопласта; в — шаровой
эмалированный кран с уплотняю-
щими кольцами из фторопласта
при давлении Р= 1 • 10“влгл рт. ст.
На рис. 97, в изображен шаро-
вой эмалированный кран с уплот-
няющими кольцами из фторо-
пласта. Чугунный корпус покрыт
кислотостойкой эмалью, шаровая
пробка и шпиндель изготовлены
из коррозионностойкой стали.
Имеются попытки создания
сильфонных кранов, у которых
сальник заменен сильфоном. Это,
однако, вызвало усложнение кон-
струкции в связи с необходимостью
преобразования поступательного
движения во вращательное. На
рис. 98 приведена конструкция
сильфонного крана. Преобразова-
ние поступательного движения
шпинделя во вращательное дви-
жение пробки происходит благодаря винтовому механизму, соз-
данному на нижнем штоке пробки. Резьба с большим шагом (не
самотормозящая) в паре с двумя штифтами (см. сечение по А—Л),
установленными в корпусе, заставляет поворачиваться пробку
при вертикальном ее перемещении.
Большой интерес представляет возможность применения кера-
мических материалов для футеровки и изготовления деталей
120
Рис. 98. Сильфонный кран
121
амратуры, предназначенных для коррозионных сред. Керамичес-
кие детали дешевы в изготовлении и имеют очень высокую химиче-
скую стойкость. Они обычно выходят из строя не в результате
коррозии, а по другим причинам. Недостатком керамических
деталей является высокая хрупкость, чувствительность к ударам
и резким колебаниям температуры, а также сложность соединения
с металлическими трубопроводами. Керамические детали с трудом
поддаются механической обработке и притирке, ремонт керамиче-
ских деталей также затруднен. Из-за этих недостатков керами-
Рис. 99. Фарфоровый кран:
/ —пробка из фарфора; 2 —корпус из фар-
фора; 3 — термоизоляционная прослойка
из стекловолокна; 4— обойма из чугуна
ческие детали еще редко приме-
няются в производстве, однако
низкая стоимость и доступность
исходного материала делает це-
лесообразным решение пробле-
мы использования керамики для
изготовления коррозионностой-
кой арматуры.
На рис. 99 показан пробко-
вый конусный кран, в котором
корпус и пробка изготовлены
из фарфора. Корпус имеет чу-
гунную обойму, защищающую
фарфоровые детали от повреж-
дений ударами. Из фарфора мо-
гут быть изготовлены и вентили
(рис. 100, а), в которых так же,
как и в кранах, корпус из
фарфора защищается чугунной
обоймой. Арматура из фарфора
используется для небольших давлений — не свыше 6 кПсм2.
Стеклянный вентиль из боросиликатного стекла (рис. 100, б)
может быть использован при Рраб 3,5 кПсм2 и t 200: С.
Графит имеет высокую химическую стойкость при работе в кис-
лых средах (не пригоден для щелочей и окислителей), поэтому его
используют в арматуростроении для изготовления как набивок,
так и деталей арматуры. На рис. 101 показан кран из графито-
пласта для давлений до 4—5 кПсм2. С учетом свойств материала
корпуса шпильки для крепления крана сделаны сквозными.
Для коррозионных сред и пульп получают широкое примене-
ние мембранные (неправильно называемые диафрагмовыми или
диафрагменными) вентили, у которых перекрытие прохода осуще-
ствляется путем опускания мембраны на перемычку корпуса.
При открытом вентиле (рис. 102) мембрана передает нагрузку на
кольца, упирающиеся в этом положении в радиальные ребра, рас-
положенные в крышке. По мере закрывания вентиля тарелка,
опускаясь, отжимает книзу кольца, начиная с меньшего, воспри-
нимает на себя нагрузку, опускает мембрану, прикрывая проход
122
к?
Рис. 100. Фарфоровый вентиль (а) и стеклянный вентиль (б) Рис. 101. Кран из графптопласта
Рис. 102. Вентили мембранные с разгруженной мемб-
раной: а — с ручным управлением; б — с мембран-
ным исполнительным механизмом; в — с электро-
приводом
Материалы футеровки и мембран мембранных вентилей
для различных условий работы
Таблица 9
Материал Среда, в которой футеровка химически стойка Предельная концентрация и температура среды
футеровки корпуса диафрагмы % °C
Резина группы 1а Кремнефтористоводо- родная кислота Плавиковая кислота Соляная кислота Серная кислота Сернистая кислота Уксусная кислота Фосфорная кислота Растворы едких ще- лочей Растворы солей мине- ральных кислот Любая 50 Любая 50 50 80 85 Любая » 65
Эбонит группы IX Резина группы 1а
Винипласт Пластикат В118 Азотная кислота Плавиковая кислота Серная кислота Соляная кислота Уксусная кислота Фосфорная кислота Растворы щелочей Спирты 40 40 20
Пластикат В118 40 Любая 60 Любая » » 40
Полиэтилен Азотная кислота Плавиковая кислота Соляная кислота Серная кислота Уксусная кислота Растворы щелочей Спирты Растворы солей мине- ральных кислот 50 Любая » 50 10 Любая » » 40
Фторопласт-40111 Спецсреды — 150
125
Продолжение табл. 9
Материал Среда, в которой футеровка химически стойка Предельная концентрация и температура среды
футеровки корпуса диафрагмы о/ /о °C
Фаолит «А» Фторо- пласт-4 Соляная кислота Серная кислота Уксусная кислота Фосфорная кислота Растворы солей ми- неральных кислот Газы (хлор, сернистый газ) Любая 70 50 50 Любая » 100 70 100 100 100 100
Наирит Резина группы 1а Серная кислота Фосфорная кислота Едкий натр Растворы солей ми- неральных кислот Вода 40 85 Любая » 65
Эмаль кислото- стойкая Фторо- пласт-4 Большинство мине- ральных (исключая пла- виковую) и органиче- ских кислот и солей, сухие газы, органиче- ские вещества, нефте- продукты, пищевые про- дукты, спирты и др. — 130
Фторо- пласт-ЗМ Фторо- пласт-4 Азотная кислота Плавиковая кислота Соляная кислота Серная кислота Уксусная кислота Фосфорная кислота Растворы едких ще- лочей Растворы солен мине- ральных кислот Газы (хлор, серни- стый газ) Органические раство- рители Любая 70
126
Рис. 103. Вентиль мембранный из
полиэтилена
для среды. В крайнем нижнем положении перемычка корпуса
плотно соприкасается с мембраной в диаметральном сечении.
Гидравлическое давление среды передается через мембрану на
металлические кольца, упирающиеся в тарелку. Такие вентили
применяются для давлений до Рраб = 10 кПсм\ изготовляются
из чугуна и легко футеруются различными материалами, приме-
няемыми в зависимости от назначения клапана. Мембраны также
изготовляются из различных мате-
риалов, в зависимости от свойств
среды, в которой они работают.
В табл. 9 приведены материа-
лы, применяемые для футерования
мембранных вентилей, и материа-
лы мембран. Мембранные вентили
изготовляются с условным диамет-
ром прохода от Dy=6 мм до Db=
= 100 мм. Мембранные вентили
используются как затворы и как
регулирующие вентили и клапаны.
Отсутствие сальника делает мемб-
ранные вентили очень надежными
в работе, но срок службы их обычно
ограничивается долговечностью
мембраны.
На рис. 103 показан мембран-
ный вентиль, изготовленный из
полиэтилена. Этот вентиль, не-
сущий конструкции, т. е. без металлических обойм, предназначен
для работы при давлении до Рраб = 3 кПсм2 и температуре до 60° С.
По эксплуатационным свойствам и принципу действия к мем-
бранным вентилям близко подходят шланговые, или пережимные
клапаны, принцип действия которых основан на том, что для пере-
крытия прохода пережимается труба из эластичного материала
(резины), расположенная в корпусе вентиля. Преимуществом
шланговых клапанов является простота обеспечения абсолютной
внешней плотности благодаря тому, что путь движения среды
внутри вентиля ограничен эластичным шлангом и, пока шланг
цел, среда не может проникнуть наружу. Отпадает необходимость
в сальниковых устройствах — источнике возможных протечек.
Шланговые клапаны могут быть применены на трубопроводах,
транспортирующих химически агрессивные жидкости (щелочи и
кислоты), вязкие жидкости и жидкости, содержащие твердые ча-
стицы: суспензии, пульпы, шламы и т. п. Эти клапаны приме-
нимы и для сыпучих материалов. Марка резины шланга выбирается
в зависимости от свойств рабочей среды. Свойства резины ограни-
чивают применение их для сред с температурой в 65J С при давле-
нии до 6—10 кГ1смг. Шланг является наиболее слабым звеном
127
128
В этих клапанах и ограничивает их срок службы. На рис. 104
показана конструкция шлангового клапана Dy = 200 ч-300 мм
для давления Рраб = 6 кПсм? с ручным управлением. При враще-
нии маховика две траверсы, расположенные с противоположных
сторон шланга, двигаясь навстречу друг другу, пережимают шланг
и таким образом разъединяют части трубопровода, прекращая
подачу среды. Шланговые клапаны могут иметь электрический
Рис. 106. Шланговый клапан с электроприводом (пережим шланга дву-
сторонний)
привод или пневматическое управление. На рис. 105 приведена
конструкция шлангового клапана Dy =- 20 ч-50 мм с односторон-
ним пережимом шланга, на рис. 106 — конструкция шлангового
клапана Dy = 80ч-300 мм с двусторонним пережимом шланга.
Клапаны имеют электроприводы мощностью 0,2—2,8 кет. Про-
должительность открывания или закрывания клапана 4—20 сек.
Управление шланговым клапаном для регулирования может про-
изводиться и электромоторным исполнительным механизмом.
На рис. 107 представлена конструкция шлангового регулирую-
щего клапана с электроприводом, в котором применяется электро-
моторный исполнительный механизм типа ПР-1 с 30-секундной
настройкой времени поворота вала на угол 180°. Он работает от
Переменного тока 220 в, потребляемая мощность 60 вт. На
9 Д. Ф. Гуревич 129
w
о
Рис. 107. Клапан шланговый с электромоторным Рис. 108. Клапаны шланговые с мембранным исполнительным меха-
исполнительным механизмом низмом; а—по схеме НО; б—по схеме НЗ
рис. 108, а и б такие же клапаны снабжены пневматическим мем-
бранным приводом с резиновой мембраной. Первый работает по
схеме НО — нормально открыт, второй по схеме НЗ — нормально
закрыт. Вентили предназначены для чистых и загрязненных сред
при давлении до 3 кГ/см1 и температуре до 40° С. Вентили имеют
условный диаметр прохода 50—200 мм включительно.
Рис. 109. Регулирующий шланговый клапан с пневмоприводом
и ручным дублером (пережим шланга двусторонний)
Недостатком указанных выше конструкций является отсутст-
вие ручного управления. При прекращении подачи сжатого воз-
духа теряется возможность управления клапаном. Конструкция,
показанная на рис. 109, лишена этого недостатка, так как имеет
ручной дублер, с помощью которого управление клапаном может
производиться и вручную.
Управление шланговым клапаном может производиться и
непосредственным воздействием командного давления на наруж-
ную поверхность шланга. На рис. ПО, а показана конструкция
подобного затвора для Dy = 25-т-ЗОО мм при = 6 кПсм2.
9* 131
Рис. ПО. Шланговый клапан с пневмопережимом: а—шланговый кла-
пан; б — регулирующий шланговый клапан с пневмопережимом и реле
управления
Рис. 111. Клапан с резиновым вкладышем
132
Управляющая среда — вода или воздух — подается в полость
корпуса под давлением Р = 10 кПсм2. Такой клапан, снабженный
реле давления (рис. ПО, б), может быть использован для регули-
рования расхода среды. Командное давление от 0,1 до 1,1 кПсм2
регулирует подачу среды с управляющим давлением в 10 кПсм2,
которое, действуя на шланг, пережимает его, перекрывая проход
в затворе. Клапан предназначен для рабочего давления среды
в трубопроводе до Рраб = 6 кГ!см1.
На рис. 111 приведен запорный клапан, работающий также
путем пережима резинового вкладыша управляющей средой (вода
или воздух) давлением в
10—12 кПсм2, действую-
щей на наружную поверх-
ность вкладыша.
Клапан диаметром про-
хода от Dy = 25 мм до
Z)y = 400 мм предназначен
для рабочего давления
Рраб = 6 кПсм2 при tpaf
65° С. Корпус клапана
образуется двумя патруб-
ками с резиновым чехлом,
внутри соединенными меж-
ду собой шпильками. Меж-
ду патрубками зажат рези-
новый вкладыш. Между
вкладышем и фланцем пат-
рубка установлена про- Рис. 112. Клапан с резиновой обоймой
кладка из фторопласта-4.
Клапан имеет указатель положения в виде стержня, выступающего
из корпуса клапана. В клапане, конструкция которого приведена
на рис. 112, рабочая среда проходит через кольцевое простран-
ство, образованное снаружи упругим резиновым кольцом, распо-
ложенным в корпусе, а внутри — гильзой обтекаемой формы, от-
литой заодно с одним из патрубков и имеющей дно со стороны
подвода среды. Гильза и патрубок соединены ребрами. В верхней
части клапан показан в открытом виде, в нижней — в закрытом
виде. Управление клапаном производится с помощью управляю-
щей среды (вода или воздух), подаваемой в полость снаружи
резинового кольца. Резиновое кольцо формуется и вулканизи-
руется в положении, когда оно прилегает по диаметру обтекае-
мого стакана. До установки в корпус резиновое кольцо в растяну-
том виде надевается на стальные кольца и удерживается на них
с помощью буртов. При подаче управляющего давления кольцо,
деформируясь, сближается с внутренним стаканом и таким пу-
тем перекрывает кольцевой проход. Окна в виде пазов на ста-
кане играют роль обвода. При выпуске управляющей среды из
133
наружной полости резиновое кольцо, удерживаемое кольцами,
снова приобретает увеличенный размер, открывая таким образом
кольцевой проход.
В зависимости от метода и системы управления шланговые
пережимные клапаны могут играть роль запорного или регулиру-
ющего органа или выполнять
роль отсечных или обратных
клапанов, перекрывая проход
при образовании чрезмерно
большого потока или при пере-
мене его направления.
Рис. 113. Вентиль с металличе-
ской мембраной для дистанцион-
ного управления
Рис. 114. Вентиль сильфонный из
кованой кислотостойкой стали
Для отделения внутренней полости корпуса от внешнего про-
странства используются также металлические мембраны. Послед-
ние обычно допускают небольшой ход, поэтому они применяются
только в вентилях малых диаметров прохода. Металлические
мембраны могут быть использованы для высоких температур и
давлений, для которых непригодны резиновые или пластмассовые
мембраны. На рис. 113 изображена конструкция запорного вен-
тиля Dy = 13 мм с металлической мембраной.
134
Сильфоны дают значительно больший ход, чем металлические
мембраны, поэтому имеют более широкое применение. На рис. 114
приведен вентиль с условным диаметром прохода Dy от 6 до 25 мм
для коррозионных сред при давлении до Р а5 — 200 кПсм2 с тем-
пературой t 360° С. Вентиль имеет сильфон и запасное сальни-
ковое устройство, являющееся вспомогательным элементом на слу-
чай выхода из строя сильфона. Корпус изготовлен из кованой кис-
лотостойкой стали, имеет наплавленные уплотняющие поверхности
на корпусе и на тарелке клапана.
Рис. 115. Вентиль для азотной
кислоты из алюминия
Рис. 116. Вентиль из кислотостойкой
стали с электроприводом
Для азотной кислоты при температуре до 100° С и давлении до
6 кПсм" применяется конструкция вентилей, приведенная на
рис. 115, корпус и крышка которых изготовляются из алюминия;
диаметр прохода вентилей от £>,/ = 15 мм до Dy = 100 мм.
На рис. 116 представлен вентиль Dy = 15 мм с электроприво-
дом для коррозионных сред при давлении до 200 кПсм2 и темпера-
туре до 350° С. Корпус вентиля изготовляется из кислотостойкой
стали. Вентиль снабжен сальником, имеющим набивку большой
длины.
Двухседельный регулирующий клапан для коррозионных
сред со стержневым плунжером Dy = 80 мм показан на рис. 117.
Клапан предназначен для работы при рабочем давлении Рраб =
= 55 кПсм2 и температуре до 80° С. Клапан имеет линейную
135
Рис. 117. Двухседельный регулирую-
щий клапан для коррозионных сред с
электромоторным исполнительным ме-
ханизмом. Плунжер стержневого типа
расходную характеристику. Плунжер клапана приводится в дви-
жение электромоторным исполнительным механизмом типа ПР-1
с 30-секундной настройкой поворота на 180°, мощностью 60 вт.
Передача движения на плунжер осуществляется с помощью реечно-
зубчатого механизма. Корпус клапана сварного типа. На рис. 118
представлен регулирующий клапан, изготовленный из кислото-
стойкой стали для коррозионных сред, с электромоторным ис-
полнительным механизмом типа ПР-1. Клапан рассчитан на давле-
ние Ру = 100 кПсм2 и предна-
значен для работы при 6=g300°C.
Корпус двухседельный, плун-
жер полый с фасонными окнами.
Двухседельный регулирую-
щий клапан со стержневым плун-
жером и мембранным пневмати-
ческим приводом с позиционером
приведен на рис. 119. Клапан
предназначен для газообразных
и жидких коррозионных сред
при давлениях до ^=64 кПсм2
и температурах до t — 300° С.
Клапан изготовляется из кор-
розионностойкой стали диамет-
ром от Dy = 15 мм до Dv=300 мм.
Указанные выше регулирую-
щие клапаны (рис. 116—119)
имеют сальниковое уплотнение
шпинделя.
На рис. 120 изображена кон-
струкция двухседельного силь-
фонного регулирующего клапа-
на из коррозионностойкой стали с диаметром Dy = 15 = 80 мм
для коррозионных, летучих, жидких и газообразных сред. Кла-
пан предназначен для работы при давлении до Ру = 16 кПсм2
и температуре до 400° С. Привод клапана мембранный пневмати-
ческий, снабжен позиционным реле. Плунжер стержневого типа.
Сальник имеет вспомогательное назначение и предусмотрен на
случай выхода из строя сильфона. В крышке имеется отверстие
с резьбой для установки и закрепления датчика, служащего для
обнаружения протечек среды при выходе из строя сильфона.
На рис. 121 показан сильфонный односедельный регулирую-
щий клапан с полым плунжером и пневматическим мембранным
приводом для летучих жидкостей и газообразных сред. Корпус,
крышка и другие детали изготовляются из латуни или бронзы.
Сильфоны из полутомпака установлены с обеих сторон крышки,
таким образом уплотнение сильфонное дублировано; при выходе
из строя нижнего комплекта сильфонов уплотнение обеспечивает
136
верхний комплект. Крышка имеет гнездо для установки индика-
тора обнаружения протечки среды. Во фланцах предусмотрена
установка двух прокладок — мягкой и металлической, простран-
Рис. 118. Двухседельный регулирующий клапан для коррозион-
ных сред с электромоторным исполнительным механизмом.
Плунжер полый
ство между прокладками соединено каналами с приваренными
к фланцам штуцерами, к которым присоединяется индикатор
обнаружения протечки. Клапан предназначен для работы при
давлении до Рраб = Ь кПсм?, при температуре от—195 до +70° С,
диаметры прохода клапанов от Dy = 10 мм до Dy ~ 80 мм.
137
исполнение НО
Рис. 119. Двухседельный регулирующий клапан из кислотостойкой
стали с мембранным исполнительным механизмом
138
Исполнение НО
Рис. 120. Двухседельный сильфонный регули-
рующий клапан с мембранным исполнитель-
ным механизмом
139
исполнение НЗ
Рис. 121. Односедельный сильфонный
регулирующий клапан для летучих
жидкостей и газообразных сред с мемб-
ранным исполнительным механизмом
исполнение НО
140
Переход работы со схемы НЗ на схему НО производится переста-
новкой гаек крепления на резьбе шпинделя. В первом случае
нижняя опора пружины подвижна и связана со шпинделем; опор-
ный стакан направляется в гильзе, во втором случае со шпинделем
соединена верхняя опора пружины, а нижняя — неподвижна.
Для коррозионных сред при давлении Ру = 200 кПсм2 и тем-
пературе до 90° С предназначен односедельный регулирующий
клапан со стержневым плунжером и электромоторным исполни-
тельным механизмом типа ПР-1, представленный на рис. 122. Саль-
ник со смазкой, снабжен лубрикатором.
На рис. 123 приведена конструкция сильфонного двухседель-
ного регулирующего клапана с пневматическим мембранным
приводом, имеющим позиционное реле. Клапан предназначен для
летучих, жидких и газообразных сред с давлением Ру = 200 кПсм2
и температурой до 70° С; диаметры прохода DtJ = 6н-25 мм. В кон-
струкции предусмотрены уравновешенная система сильфонов и
сальник, как запасный элемент на случай выхода из строя верх-
него комплекта сильфонов. Корпус сварной конструкции.
Обратные подъемные клапаны для коррозионных сред изго-
товляются обычной конструкции, причем крышка и тарелка кла-
пана изготовляются из коррозионностойкой стали либо из другого
Материала, стойкого по отношению к рабочей среде. На рис. 124
и 125 приведены две конструкции сварных обратных поворотных
141
исполнение НО
Рис. 123. Двухседельный сильфонный регулирующий клапан
с мембранным исполнительным механизмом
142
клапанов из коррозионностойкой стали, предназначенных для
коррозионных сред. Представленный на рис. 124 обратный пово-
ротный клапан, диаметром прохода Dy = 25ч-100 мм, предназна-
чен для работы при рабочем давлении до Рраб = 10 кПсм2 и темпе-
ратуре до 500° С. На уплотняющих поверхностях наплавлен стел-
лит. На рис. 125 изображен обратный поворотный клапан Dy =
= 90ч-150 мм для работы под давлением Рра0 =~- 200 кПсм2. Для
уменьшения износа шарнира при вибрации тарелки в потоке среды
в этой конструкции, помимо уплотняющих поверхностей, стелли-
том наплавлены также все поверхности шарнирных соединений.
Эти клапаны отличаются простотой конструкции и отсутствием
Рис. 124. Клапан обратный поворотный
из коррозионностойкой стали с резь-
бовыми цапками
Рис. 125. Клапан обратный поворот-
ный из коррозионностойкой стали с
патрубками для приварки к трубопро-
воду
съемной крышки, что исключает необходимость применения про-
кладок, которые обычно при высоких температурах часто при-
ходят в негодность, являются ненадежным элементом конструкции
и требуют большого внимания.
Используются также конструкции обратных поворотных кла-
панов с гуммированными корпусами и крышками. На рис. 126
изображен такой чугунный обратный клапан, корпус и крышка
которого облицованы кислотостойкой резиной; остальные части,
не приспособленные для гуммирования, изготовляются из корро-
зионностойкой стали. Клапан применяется для давлений до
3 кПсм2 и температур до 60° С.
При температурах, ограниченных применением резины (65° С)
в качестве обратных клапанов могут быть использованы конструк-
ции, в которых для предотвращения обратного потока работают
специальные резиновые манжеты, пропускающие среду только
в одном направлении. Одна из таких конструкций приведена на
рис. 127. Между патрубком 1, несущим обтекаемый стакан 2, и кор-
пусом 3 закреплен фланец резиновой манжеты 4, которая в сво-
бодном состоянии прилегает к стакану 2. При движении среды
по направлению стрелки тонкая часть манжеты отходит от ста-
кана, открывая проход среде. При перемене направления движе-
143
ния среды манжета, прилегая к стакану, перекрывает проход.
Аналогичное устройство может быть использовано и взамен тарель-
чатого обратного клапана в приемных клапанах с сеткой (рис. 128).
Рис. 126. Клапан обратный поворот- Рис. 127. Обратный клапан манжетного
ный чугунный гуммированный типа
Задвижки для коррозионных сред применяются, как правило,
с выдвижным шпинделем,
Рис. 128. Приемный клапан с об-
ратным клапаном манжетного
типа
с цельным или составным клином —
двухдисковые клиновые. Параллель-
ные задвижки обычно не использу-
ются из-за сложности обеспечения
внутренней плотности арматуры вви-
ду повреждения уплотняющих поверх-
ностей коррозией. На рис. 129 приве-
дена конструкция клиновой задвижки
0^ = 50=150 мм, предназначенной
для коррозионных сред при услов-
ном давлении Р&=64 кПсм?. Задвиж-
ка может быть использована до тем-
пературы 300°С. Если уплотняющие
кольца такой задвижки наплавить
стеллитом, то ее можно использовать
до температуры 500°С. (При рабочем
давлении Р500 =36 кПсм2.) Задвижка
имеет выдвижной шпиндель, цельный
клин и прокладку из коррозионно-
стойкой стали овального сечения. На
рис. 130 показана задвижка для кор-
розионных сред Dy = 125 = 200 мм со сплошным клином для
давлений до Рраб = 100 кГ/см2 и температуры 300° С.
Установка задвижки в трубопроводе производится путем при-
варки проходных патрубков.
144
Конструкция задвижек больших диаметров проходов Dy =
= 3004-800 мм для коррозионных сред приведена на рис. 131.
Задвижки имеют цельный клин с уплотняющими кольцами, на-
плавленными стеллитом. Для приварки к трубопроводу служат
проходные патрубки. Задвижки предназначены для работы под
Рис. 129. Клиновая задвижка
для коррозионных сред с руч-
ным управлением
Рис. 130. Задвижка для коррозионных сред
с электроприводом
давлением до 20 кПсм2 при температуре до 200° С. Управление
задвижками — дистанционное.
Двухдисковые клиновые задвижки с условным диаметром
прохода Dy — 100 мм для коррозионных сред с приваркой к тру-
бопроводу представлены на рис. 132 и 133. Для отвода просочив-
шейся среды сальник снабжен отводной трубкой. Корпус сварной
конструкции. Задвижка, показанная на рис. 132, предназначена
для давлений до 10 кПсм2 и температуры до 100° С. Уплотняющие
поверхности корпуса и дисков наплавлены стеллитом. Управле-
ние задвижкой — дистанционное. Задвижка, изображенная
на рис. 133, предназначена для рабочего давления 150 кПсм2 и
|0 Д, ф. Гуревич 145
температуры 300° С. Уплотняющие поверхности наплавлены стел-
литом. Для надежного соединения корпуса с крышкой применена
сварка на «ус» корпуса и крышки. Задвижки предназначены для
дистанционного управления.
Для коррозионных сред применяются также ранее рассмотрен-
ные конусные затворы. В этом случае корпус затвора и пробка
Рис. 131. Задвижка для
коррозионных сред с ди-
станционным управлением
Рис. 132. Двухдиско-
вая клиновая задвиж-
ка для коррозионных
сред на давление до
10 кГ/см2
Рис. 133. Двухдисковая
клиновая задвижка для
коррозионных сред на дав-
ление до 150 кПсм2
изготовляются из коррозионностойкой стали. Во избежание зади-
рания конусных уплотняющих поверхностей и с целью повышения
стойкости, уплотняющие поверхности корпуса и пробки наплав-
ляются стеллитом. Крышка и шпиндель также изготовляются из
коррозионностойкой стали. Применяются также и титановые
сплавы для изготовления арматуры, предназначенной для корро-
зионных сред. С учетом технологических характеристик титано-
вых сплавов, трубопроводную арматуру из них изготовляют свар-
ной.
146
На рис. 134 представлены конструкции проходного и угло-
вого вентилей из титана. Регулирующий клапан из титана изоб-
ражен на рис. 135. Несмотря на некоторое усложнение технологии,
связанное со сваркой и необходимостью изготовления корпуса из
значительного количества деталей, он выполнен сварным. Кон-
струкция задвижки из титана представлена на рис. 136. Здесь
показана задвижка с выдвижным шпинделем, имеются конструк-
ции титановых задвижек и с невыдвижным шпинделем.
Рис. 134. Вентили из титана: а — проходной; б — угловой
Шаровой кран из титана с пневмоприводом показан на рис. 137.
Кран имеет строго симметричную конструкцию, пневмопривод
поршневого типа с поворотным силовым цилиндром. На рис. 138
показан обратный клапан из титана. Как и все предыдущие кон-
струкции арматуры из титана, он выполнен сварным. Таким обра-
зом, из титана может быть изготовлена арматура самых различных
конструкций.
Предохранительные клапаны, предназначенные для работы на
коррозионных средах, обычно снабжаются сильфоном или мем-
браной. Это необходимо для уплотнения подвижного соединения
шток—крышка и для предохранения пружины от контакта с кор-
розионной средой, отчего пружина быстро выходит из строя.
На рис. 139 показана конструкция предохранительного пол-
ноподъемного клапана Dv = 80 мм на Ри — 16 кПсм*. Он
10* 147
Рис. 135. Регулирующий клапан из титана
148
СО
предназначен для газов и нефтепродуктов. Мембрана изготов-
ляется из бензостойкой резины.
В этом предохранительном клапане применено уплотнение
замка типа резина—металл, что облегчает условия обеспечения
плотности. Нижняя часть тарелки клапана гуммирована полу-
твердой бензостойкой резиной марки
3825. Седло корпуса изготовлено из
стали 3X13. Благодаря применению
мембраны срок службы пружины уве-
личивается в несколько раз.
На рис. 140 изображен предохра-
нительный клапан для коррозионных
Рис. 138. Обратный клапан из титана Рис. 139. Полноподъемный
предохранительный клапан
с мембраной для газов, корро-
сред, В котором пружина И ШТОК знойных сред и нефтепродук-
отделены от полости клапана сильфо- тов
ном. Применение сильфона снижает
надежность работы предохранительного клапана, поскольку срок
службы сильфона значительно ниже срока службы остальных
деталей, вместе с тем при наличии сильфона значительно удли-
няется срок службы пружины и штока. При расчете предохра-
нительных клапанов со стальными сильфонами, жесткость кото-
рых значительна, учитывается как жесткость пружины, так и
жесткость сильфона.
Необходимость обеспечить безусловный сброс давления при
опасных условиях работы установок и трубопроводов с коррозион-
150
устанавливаемые
Рис. 140. Предохрани-
тельный клапан с силь-
фоном для коррозион-
ных сред
ными, агрессивными или токсичными средами привела к созданию
ряда конструкций предохранительных устройств с использова-
нием разрывных мембран. При достижении опасного предела дав-
ление среды разрывает мембрану, специально для этой цели пред-
назначенную, в связи с чем избыточная часть среды выпускается
и давление снижается. Отдельное место в этих устройствах зани-
мают графитные предохранительные мембраны,
между защищаемым сосудом и выпускным
трубопроводом. Мембрана, изготовленная из
графитопласта,—высококачественного графи-
та, пропитанного смолой, зажимается между
фланцами, в металлической обойме, имеющей
диски с отверстиями. Графитная мембрана
помещается между дисками. При достижении
опасного предела давление разрушает мемб-
рану, продавливая графит через отверстия
дисков. Такие мембраны используются при
Dy ^600 мм для давлений до 80 кПсм2 при
рабочей температуре до 180° С (и даже до
210° С). Точность срабатывания в пределах
±10% Ру.
2. КОНСТРУКЦИИ АРМАТУРЫ ДЛЯ ВЫСОКИХ
И СВЕРХВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ
Высокие и сверхвысокие давления приме-
няются в химической и нефтеперерабатываю-
щей отраслях промышленности. Ниже пред-
ставлена арматура, предназначенная для ра-
боты при высоких и сверхвысоких давлениях,
при относительно невысокой температуре,
когда температура не оказывает значитель-
ного влияния на прочность металла. Арма-
тура, работающая при высоких давлениях и
турах, действующих одновременно, как это имеет место, напри-
мер, в энергетических установках, рассматривается в п. 3.
При высоких давлениях решающее значение имеет прочность
корпусных деталей и эрозионная стойкость деталей, непосред-
ственно дросселирующих среду. При дросселировании под боль-
шим давлением создаются большие скорости среды, которые
оказывают сильное разрушающее действие на рабочие поверхности
уплотняющих колец.
На рис. 141 показана конструкция запорных вентилей с услов-
ным диаметром прохода 6—125 мм для нефтепродуктов и других
жидких и газообразных сред при рабочем давлении Рраб =
= 320 кПсм2 и температуре до t = 200° С. Для уменьшения
крутящего момента шпиндель сделан разъемным. Крепление кры-
шки и фланцев на резьбе. Фланцы предназначены для линзового
высоких темпера-
151
уплотнения в корпусе. На рис. 142 показан регулирующий вентиль,
предназначенный для работы при таких же условиях. При диамет-
рах прохода Dy = 70 мм и более крепление крышки к корпусу
производится при помощи шпилек. Нижняя часть шпинделя
сделана съемной, что облегчает ремонт изношенных плунжеров.
Рис. 142. Вентиль регулирующий для
жидких и газообразных сред при ра-
бочем давлении Ppag=320 кГ/см?
ный вентиль (рис. 143, а) и регули-
рующий вентиль (рис.143, б) предна-
Рис. 141. Вентиль запор-
ный для нефтепродуктов и
других жидких и газообраз-
ных сред при рабочем дав-
лении Ppag — 320 кГ/см2
значены для нефтепродуктов и других жидких и газообразных
сред при Рраб=320 кПсм2 и /=200° С. Шпиндель сделан разъем-
ным и совершает только поступательное движение. Проходной
запорный вентиль (рис. 144) и регулирующий вентиль (рис. 145)
с Dy = 10 мм для газообразных сред при Рраб = 450 кПсм1
и 100° С имеют конструкцию, сходную с вентилем, показан-
ным на рис. 142. На рис. 146 представлен запорный угловой
вентиль с £>„=6 = 32 мм для нефтепродуктов при Р аб=700 кПсм1
и t = 200° С.
152
a)
Рис. 143. Запорный (а) и регулирующий (6) вентили
с электроприводом на рабочее давление РРаб ~
= 320 кГ/см-
153
На рис. 147 показана конструкция задвижек малого размера,
диаметром прохода Dy = 15ч-40 мм, предназначенных для работы
при давлении Ру = 160 кПсм2 и температуре t - 450° С. За-
движки клиновые с выдвижным шпинделем. Корпус из кованой
углеродистой стали сварной образуется сваркой трех элементов.
Крышка к корпусу крепится с помощью накидной гайки. Гайка
шпинделя изготовлена в
бугеле, образованном за-
одно с крышкой. Затяжка
сальника осуществляется
гайкой, действующей на
Рис. 144. Проходной запорный вентиль
Dy = 10 мм на рабочее давление Рраб =
= 450 кГ/см2
Рис. 145. Угловой регули-
рующий вентиль £1^= 10 мм
на рабочее давление Рраб=
= 450 кГ/см2
крышку сальника, фланцевые выступы которой проходят сквозь
пазы в крышке. Присоединение задвижек к трубопроводу про-
изводится с помощью трубной резьбы. Эти задвижки могут быть
использованы как на трубопроводах непосредственно, так и на
обводах арматуры и байпасных линиях. Основным преимущест-
вом этих задвижек перед вентилями является их малое гидрав-
лическое сопротивление.
Задвижка для работы при Р„аб = 320 кПсм2 и температуре до
200° С приведена на рис. 148. Диаметр прохода таких задвижек
Dy =- 40-3-125 мм. Задвижка параллельная, снабжена обводом,
предназначена для нефтепродуктов и других жидких и газообраз-
154
Рис. 146. Запорный угловой вентиль для нефте-
продуктов на рабочее давление Рраб=700 кГ/см2
155
Рис. 147. Задвижка кли-
новая 0^=154-40 мм на
рабочее давление Ppag=
= 160 кГ/см2
ных сред; шпиндель задвижки разъемный, шток, проходящий
через сальник, имеет только поступательное движение.
Для работы на жидких и газообразных средах при давлении
Ру — 320 кПсм2 и температуре до 50° С изготовляются двух-
сёдельные регулирующие клапаны диаметром прохода Dy = 25 =
4-80 мм; они имеют стержневой плунжер, пневматический мем-
бранный привод и позиционное реле.
Односедельный регулирующий клапан
Dy = 6-4-15 мм для различных газообраз-
ных сред при давлении Рраб = 450 кПсм2
и температуре до 200°С показан на рис. 149.
Клапан имеет пневматический мембран-
ный привод с позиционным реле. В кор-
пусе клапана предусмотрены каналы для
парового обогрева клапана, так как при
дросселировании в связи с расширением
газов происходит интенсивное охлаждение
и в результате намораживания среды вбли-
зи седла может нарушиться нормальная
работа клапана. Для подвода и отвода
пара предусмотрены два штуцера. Одно
гнездо предусмотрено для размещения тер-
мопары, с помощью которой может произ-
водиться контроль за температурой кла-
пана.
Регулятор прямого действия «после
себя» (редукционный клапан) с условным
диаметром прохода Dy= 10 мм, применяе-
мый для воздуха и газообразных сред при
регулируемом давлении Рраб = 300 кГ1см2
и температуре до 30° С, представлен на
рис. 150. Регулятор имеет резиновую мемб-
рану (чувствительный элемент), которая
нагружается пружиной. При повышении давления сверх установ-
ленного мембрана, поднимаясь, сжимает пружину и прикрывает
седло. Регулировка давления производится поджатием пружины.
Более сложная конструкция регулятора давления «после себя»
прямого действия (редукционного клапана) приведена на рис. 151.
Клапан Dy = 6 мм предназначен для работы на воздухе и на газо-
образных средах при давлении до Рра6 — 400 кПсм2 и темпера-
туре до 30° С. Регулятор имеет поршневой привод с внутренним
импульсным механизмом (пилотное управление). Главная пружина
действует через мембрану на плунжер импульсного клапана.
При понижении отрегулированного давления за главным плун-
жером металлическая мембрана, опускаясь под действием главной
пружины, приоткрывает импульсный клапан и направляет среду
на поршень. Опускаясь, поршень открывает седло главного
156
Рис. 148. Задвижка параллельная на рабочее
давление Рраб = 320 кГ/см2
157
Рис. 149. Односедельный регулирующий клапан с паровым обо-
гревом Dy=(>~-15 мм для газообразных сред при Роаб~- 450 кГ[см?
158
плунжера и отрегулированное давление повышается. Равновесное
положение устанавливается, когда отрегулированное давление
при определенном расходе среды, действуя на мембрану пилот-
ного устройства, будет уравновешивать усилие пружины.
При работе на газообразных средах, вызывающих значитель-
ное понижение температуры в связи с дросселированием, регуля-
Рис. 150. Регулятор давления «после
себя» (редукционный клапан) Dy =
= 10 мм для воздуха и газообраз-
ных сред на Рраб ~ 300 кГ/см1
Рис. 151. Регулятор давления «после
себя» (редукционный клапан) Dy 6 мм
для воздуха и газообразных сред на
Рраб ~ 400 кГ/см-
На запорные вентили высокого давления (320 кПсм2 и более)
иногда устанавливаются гидроприводы с рабочим давлением масла
200 кПсм2. Для управления такими гидроприводами предназна-
чен золотниковый распределитель, показанный на рис. 152. Для
обеспечения длительного срока службы распределителя тру-
щиеся детали выполнены из стали 40Х и термически обработаны.
Золотниковый распределитель обеспечивает три положения золот-
ника: открывание, закрывание вентиля и нейтральное положение.
Установка распределителя в нужное положение осуществляется
вращением рукоятки управления.
159
На рис. 153 представлен обратный клапан с Dv = 104-125 мм
для Рраб = 320 кГ!смг и температуры до 200° С. Обратный клапан
предназначен для нефтепродуктов и других жидких и газообраз-
ных сред. Присоединительные фланцы предусмотрены для линзо-
вого уплотнения. Седло клапана съемное, тарелка поджимается
к седлу пружиной. Клапан устанавливается в вертикальном
трубопроводе. Обратный клапан, приведенный на рис. 154, пред-
назначен для давлений до Ррай 700 кПсм2 и температуры до
Рис. 152. Золотниковый распределитель для гидро-
привода арматуры
200° С. Седло в отличие от седла предыдущего обратного клапана,
показанного на рис. 153, имеет форму круга, а не кольца. Фланцы
и корпус конструктивно усилены. Клапаны изготовляются с диа-
метром прохода Dy = 15-ъ80 мм.
Малоподъемные пружинные предохранительные клапаны Dy —
= 6ч-25 мм на Рраб -- 700 к.Псм\ приведенные на рис. 155, пред-
назначены для нефтепродуктов и других жидких и газообразных
сред, имеющих температуру t 200° С. Диаметр выходного пат-
рубка в 2,0—2,5 раза больше входного. В системах с подпором
предохранительные клапаны могут быть также использованы как
перепускные клапаны. В этом случае клапаны обеспечивают сброс
среды при повышении первоначально отрегулированного рабо-
чего давления на заданную величину при условии, что подпор не
превышает 0,5Рраб. При наличии давления за клапаном сброс среды
из камеры пружины в дренажную систему осуществляется через
160
патрубок крышки. Постоянное давление за клапаном может создать
значительные утечки среды в дренажную систему через зазор
между штоком и втулкой корпуса, что нежелательно. Если давле-
ние за клапаном не может возникнуть, патрубок в крышке следует
заглушить. Уплотняющие поверхности штока и седла наплав-
ляются стеллитом ВЗК. Изношенные седло корпуса и шток легко
сменяются. Арматура для сверхвысоких давлений часто имеет
малые диаметры прохода. Так, регулирующий вентиль, представ-
Рис. 153. Обратный подъемный клапан
на Рраб — 320 кПсл?
рис. 154. Обратный подъемный клапан
на Рраб ~ ”00 кГ/см?
ленный на рис. 156, имеет условный диаметр прохода Dy = 3 мм
и предназначен для газообразных сред при давлении Рраб =
= 1500 кПсм? и t Ю0° С. Регулирующая игла имеет малый
угол конусности и обеспечивает плавное регулирование расхода
среды. На рис. 157 изображен запорно-регулирующий вентиль
для газообразных сред для Рраб = 2000 кГ1см2 и t -с 100° С.
Шпиндель вентиля разъемный, седло — сменное. Набивка саль-
ника асбестовая, пропитанная.
На рис. 158 показана (без пневматического мембранного при-
вода) конструкция регулирующих (дросельных) клапанов Dy =
= 5ч-10 мм, предназначенных для давления до Р^ = 1500 кПсм2.
Дросселирование среды производится до давления 450 кГ!см2.
Клапаны имеют пневматический мембранный привод с позицион-
ным реле и применяются для автоматизации производства по-
лиэтилена, так как могут быть использованы при автоматиче-
ском дистанционном управлении. Давление командного воздуха
И Д. Ф. Гуревич
Рис. 155. Малоподъемный предо- Рис. 156. Регулирующий вентиль Рис. 157. Запорно-регулирующий вен-
хранительный клапан на Рраб= Dy=3 мм на Рраб—1500 кПсмг тиль на Ррад = 2000 кГ/см2
= 700 кГ1см-
(в позиционном реле), как обычно, 0,2—1,0 кПсм2-, давление рабо-
чего воздуха (на мембране) до 2 кГ1см2. Корпус клапана снабжен
каналами, через которые пропускается пар под давлением 16 кГ/см2
для обогрева клапана. В
корпусе, в зоне дроссели-
рования газа, установлена
термопара, позволяющая
контролировать темпера-
туру среды. Клапан имеет
сменное седло и плунжер,
изготовленные из быстро-
режущей стали Р18, что
обеспечивает длительную
работу клапана на режиме
дросселирования.
Когда в обогреве кор-
пуса нет необходимости,
применяются конструкции,
приведенные на рис. 159, а
(исполнение НО) и на рис.
159, б (исполнение НЗ).
Рис. 158. Регулирующие (дроссельные) кла-
паны Dy= 54-10 мм на Рраб= 1500 кГ/см?
На рис. 160 приведены конструкции вентилей с Dy — 5 мм на
сверхвысокие давления с гидравлическим и дистанционным управ-
лением. На рис. 160л а показана конструкция поршневого гид-
Рис. 159. Регулирующие (дроссельные)
клапаны Dy = 54-10 мм на Ррад =
= 1500 кПсм2 без обогрева: а — клапан
по схеме НО; б — клапан по схеме НЗ
ропривода вентиля, представ-
ляющего собой цилиндр с дву-
мя поршнями, соединенными
штоком. Рейка, изготовлен-
ная на штоке привода, вра-
щает шестерню с внутренней
резьбой. Шестерня является
ходовой гайкой шпинделя.
При перемещении штока при-
вода шпиндель опускается
или поднимается. Корпус
вентиля обогревается паром
при давлении 16 кГ/см2 и тем-
пературе 200°С. На рис. 160, б
приведена конструкция узла
перемещения шпинделя при
дистанционном управлении
вентилем.
Обратный клапан с условным диаметром прохода Dy =
= 10 мм для газообразных сред при рабочем давлении Рраб =
=2000 кПсм2 и температуре Л^200°С изображен на рис. 161. Кла-
пан предназначен для вертикальных трубопроводов и не имеет под-
жимной пружины ввиду больших усилий, создаваемых средой.
11*
163
3. КОНСТРУКЦИИ АРМАТУРЫ ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ ВЫСОКИХ
ТЕМПЕРАТУРАХ
Арматура работает при высоких температурах в энергетичес-
ких установках, в аппаратах по переработке нефти, в металлургии
и в других отраслях промышленности.
Арматуру, работающую при высоких температурах и при вы-
соких давлениях одновременно, называют арматурой для высоких
и сверхвысоких параметров. Арматура, работающая при высоких
температурах и относительно низких давлениях, в ряде случаев
работает при более высоких температурах, чем арматура энерге-
тических установок.
Считают возможным сделать подразделения по режимам ра-
боты трубопроводной арматуры в энергетических установках со-
гласно табл. 10.
Таблица 10
Параметры работы энергетических установок
t в °C Д° PpaQ в кГ/смг Название области
До 510 100 Высокие параметры
» 570 140 Повышенные параметры
575 215 Сверхвысокие параметры
При температуре до 450° С применяется арматура из углеро-
дистой стали, при температуре свыше 450° С — из легированной
стали.
При создании арматуры для высоких температур и давлений
основными проблемами являются обеспечение прочности деталей
в течение длительного срока работы и создание надежной внутрен-
ней и внешней плотностей арматуры. Прочность крышки, корпуса
и шпинделя достигается соответствующим подбором материала.
Надежная внутренняя плотность арматуры создается применением
наплавленных уплотняющих колец. Для обеспечения внешней
плотности большинство конструкций арматуры высоких и сверх-
высоких параметров присоединяется к трубопроводу при по-
мощи сварки.
На рис. 162 и 163 представлены конструкции вентилей и за-
движек, обычно применяемых для воды и пара при высоких и повы-
шенных параметрах. Уплотняющие кольца корпуса задвижки
привариваются. Конструкции арматуры на сверхвысокие пара-
метры сходны с конструкциями арматуры на высокие и повышенные
параметры, разница заключается лишь в толщине стенок деталей,
применяемых марках металла и в способах контроля.
На рис. 6, г представлена конструкция вентиля с дистанцион-
ным управлением на повышенные и сверхвысокие параметры.
165
Ходовая гайка вращается на шариковых подшипниках. Крепле-
ние вентиля в трубопроводе осуществляется с помощью сварки.
Быстродействующие задвижки
с Dy = 50-т-250 мм, представлен-
ные на рис. 164, изготовляются
из жаропрочной стали. Эти задвиж-
ки предназначены для управления
процессом одностадийного дегид-
рирования под вакуумом (синтез
изопренового каучука). Рабочая
температура до 650°С при рабочем
давлении от вакуума (0,1 ата) до
давления Рраб = 4 кПсм2. Управ-
ление задвижкой производится
электроприводом во взрывобезопас-
ном исполнении, вынесенным из
зоны высоких температур. Движе-
ние на шпиндель задвижки пере-
дается с помощью шарнирного ва-
ла. Продолжительность полного
открывания и закрывания задви-
жек самого большого диаметра про-
хода сокращена до 16 сек путем
применения трехзаходного червяка
в редукторе, использования двух-
заходной резьбы на шпинделе за-
движки и дополнительной пары
зубчатых колес. Сальник вынесен
из зоны высоких температур и
отделен от крышки тепловой защи-
той в виде ребристой охлаждающей
поверхности. Чтобы предотвратить
выход среды из задвижки в атмос-
феру и исключить поступление воз-
духа в задвижку, а также чтобы
избежать просачивания среды через
неплотности замка с одной стороны
закрытой задвижки в другую, во
все фланцевые соединения и под
сальники предусмотрена постоян-
ная подача нейтрального газа (азо-
та) под избыточным давлением.
Циркуляция азота также способст-
Рис. 164. Быстродействующая за-
движка для рабочей температуры
(раб ==: 650° С
вует охлаждению крышки. В бугельном узле предусмотрен пру-
жинный компенсатор температурных линейных расширений.
Основные детали задвижки изготовляются из жаропрочных ста-
лей ЭИ612, ЭИ695 и Х18Н10Т. Для обеспечения продолжитель-
167
ного срока службы задвижки рабочие поверхности трущихся
деталей наплавлены стеллитом марки ВЗК.
На рис. 165 изображена клиновая двухдисковая задвижка
сварно-литой конструкции для пара на сверхвысокие параметры.
Задвижка имеет съемные уплотняющие кольца корпуса, закрепляе-
мые резьбовыми нажимными втулками. Опыт показал, что такое
крепление колец не может обеспе-
чить длительную надежную работу
задвижки, так как пар просачивается
через резьбу, ослабляет крепление
колец и создает большие протечки.
цевым соединением крышки с
корпусом
Рис. 165. Сварно-литая задвижка на сверх- Рис. 166. Задвижка с бесфлан-
высокие параметры пара
Фланцевые соединения в арматуре широко применяются для
всех параметров и сред, однако опыт эксплуатации показывает,
что при высоких давлениях и при высоких температурах фланце-
вые соединения не всегда обеспечивают надежную плотность. Коле-
бания температуры, изменения сил, действующих на фланцевое
соединение, например корпуса с крышкой, создают возможность
пропуска среды, поскольку усилия от давления среды и усилия
вдоль шпинделя действуют в сторону разуплотнения прокладоч-
ного стыка.
В последнее время все более положительную оценку получают
конструкции бесфланцевого соединения крышки с корпусом, при
168
Рис. 167. Задвижка для пара высоких
параметров Рраб= 140 кГ/см- и tpa6=
= 570° С; Dy= 100-ь 300 мм с бес-
фланцевым соединением крышки с кор-
пусом
которых давление среды и усилие вдоль шпинделя действуют в сто-
рону самоуплотнения соединения.
На рис. 166 представлена конструкция задвижки с Dy = 50 мм
на давление Ру — 64 кПсм2 и при температуре до t = 350° С.
Для обеспечения плотности соединения корпус — крышка при-
менено бесфланцевое самоуплотняющееся соединение с резьбовым
упорным кольцом. При монтаже
вначале производится предвари-
тельный затяг с помощью гайки,
благодаря чему прокладка фа-
сонного профиля заклинивается
между соответствующим кону-
сом крышки и поверхностью кор-
пуса. При возникновении давле-
ния среды обеспечивается на-
дежная плотность такого соеди-
нения. Для уплотнения бесфлан-
цевых соединений применяются
металлические (жесткие), неме-
таллические (мягкие) или ком-
бинированные (полужесткие)
кольца.
Задвижка с бесфланцевым
соединением крышки с корпусом
на более высокие параметры
(Рраб = 140 кГ/см2 и t = 570° С)
показана на рис. 167. Такие за-
движки для пара изготовляются
размером Dy = 100-е- 300 мм.
Задвижки предназначены для
дистанционного управления.
На рис. 168 приведена конст-
рукция сварно-литой клиновой
задвижки с Dy = 150 мм на
условное давление Ру = 160 кПсм2 для работы при температуре
до 450° С. Для крепления крышки использовано бесфланцевое
соединение с разрезным кольцом. Задвижка предназначена для
использования на коммуникационных и магистральных линиях
нефтеперерабатывающих заводов для газообразных и жидких неф-
тяных сред. Корпус задвижки сваривается из четырех отдельных
литьевых элементов. Такая конструкция позволяет применять
простые высококачественные отливки малого веса и упрощает
механическую обработку корпуса. Задвижка имеет шестеренча-
тую передачу с вынесенной осью, что позволяет осуществлять
дистанционное управление задвижкой.
На рис. 169 показан быстровключающийся клапан в виде
однодисковой параллельнойJ задвижки. Он предназначен для
169
Рис. 168. Сварно-литая задвижка с бесфланцевым со
единением крышки с корпусом
170
редукционно-охладительных установок, работающих при темпера-
туре пара t = 570° С и рабочем давлении Рраб — 140 кПсм2. Управ-
ление клапаном производится с помощью поршневого привода,
в котором используется энергия питательной воды. Такие же кла-
паны применяются с электроприводами, см. задвижку (клапан),
изображенную на рис. 51.
Рис. 169. Быстровключающийся клапан в виде
однодисковой задвижки с поршневым приводом
Задвижка для работы при высокой температуре среды
до 1000° С и давлении до 0,4 кПсмъ показана на рис. 170. За-
движка параллельная, двухдисковая, с клиновым распором. Рас-
пор достигается с помощью нескольких клиньев, расположенных на
диске, которые разжимаются клиньями, расположенными на ниж-
нем упоре, боковых вкладьГшах корпуса и на наконечнике шпин-
деля. Уплотняющие поверхности колец наплавлены сормайтом.
Цилиндрические поверхности присоединительных патрубков фу-
терованы огнеупорным кирпичом. Набивка сальника асбестовая,
сухая. Задвижка имеет электропривод.
171
Рис. 170. Задвижка для высоких температур /Раб sS
sS 1000° С при РРаб = 0,4 кГ/см2
172
Трение в сальнике регулирующих клапанов должно быть ми-
нимальным. При высоких температурах трудно обеспечить малые
силы трения в сальнике, так как он работает в неблагоприятных
условиях. Чтобы улучшить условия работы сальникового устрой-
ства, сальниковые узлы регулирующих клапанов выносят из зоны
Рис. 172. Предохранительный
клапан 50 мм дл я р аботы при
tpa6 ==600° С и Ру = 160 кГ/слР
Рис. 171. Двухседельный регулирую-
щий клапан на Ру = 64 кПсм? и
tpa6 =5=420° С
высоких температур на некоторое расстояние от корпуса, а про-
межуточную поверхность крышки используют для охлаждающих
ребер, как показано на рис. 171, где изображен клапан стальной,
двухседельный, предназначенный для воды, пара, воздуха, нефте-
продуктов и газообразных сред; он рассчитан на условное давление
до Ру = 64 кПсм2, и температуру до t = 420° С (Р42о = 37 кПсм2).
Клапан имеет полый плунжер с профильными окнами.
Предохранительный клапан Dy = 50 мм для работы при тем-
пературе 600° С на условное давление Ру = 160 кПсм2 показан
на рис. 172. Корпус клапана изготовляется из стали Х18Н9ТЛ.
173
Если он работает с противодавлением, то температура среды про-
тиводавления не должна превышать 200° С. Уплотняющие поверх-
ности тарелки клапана и
сплавом. Для работы при
седла корпуса наплавляются твердым
различных
От импульс-
ного клапана
Рис. 173. Быстровключающийся клапан на
высокие и сверхвысокие параметры
давлениях клапан снабжен
сменными пружинами.
Быстровключающийся
клапан для высоких и
сверхвысоких параметров
пара приведен на рис. 173.
Управление производится
от импульсного клапана
путем подачи пара в порш-
невой привод. В верхней
части клапана имеется гид-
равлический демпфер для
смягчения ударов при
срабатывании клапана.
Этот клапан может также
работать как главный пре-
дохранительный клапан с
импульсным управлением.
4. КОНСТРУКЦИИ
АРМАТУРЫ ДЛЯ РАБОТЫ
ПРИ низких
ТЕМПЕРАТУРАХ И
ГЛУБОКОМ ХОЛОДЕ
Арматура, предназна-
ченная для работы при низ-
ких температурах, исполь-
зуется в холодильной про-
мышленности, в судострое-
нии для рефрижераторных установок, в торговом оборудовании,
в химической промышленности для некоторых процессов и т. д.
Арматуру для пониженных температур можно разделить на две
группы: арматуру для низких температур — для работы со сре-
дами, имеющими температуру до—70° С, и арматуру для глубокого
холода — для работы со средами с температурой ниже —70° С.
Подавляющее большинство материалов, включая стали, при
низких температурах становятся хрупкими, их прочность в неко-
торых случаях снижается настолько, что исключает возможность
их применения. Так, например, кипящая углеродистая сталь не-
пригодна для конструкций, работающих на морозе, так как при
низкой температуре под нагрузкой в такой стали образуются тре-
щины. Латунь, никель и некоторые другие материалы (фторо-
пласт) могут быть использованы для глубокого холода, так как
174
с понижением температуры у них мало снижаются пластические
свойства.
Конструкции арматуры для низких температур отличаются от
арматуры общего назначения в основном применяемыми материа-
лами для уплотнений.
На рис. 174 и 175 приведены конструкции вентилей, используе-
мых в холодильных установках с жидким и газообразным аммиа-
Рис. 174. Вентиль запорный
для аммиака Dy= 15 мм с цап-
ковым присоединением для ам-
миака при Ру = 25 кГ/см2,
рабочей температуре от —70° С
до +150° С
Рис. 175. Вентиль запорный с
фланцевым присоединением для
аммиака при Ру = 25 кПсм2 и
рабочей температуре от —70 до
+ 150° С
ком при температурах от —70° до +150° и при давлении до
25 кПсм2. Корпус и крышка изготовляются из стали, внутреннее
уплотнение работает по схеме фторопласт (либо баббит) —• сталь.
На корпусе образовано выступающее уплотняющее кольцо из ос-
новного материала, а на тарелке клапана кольцевая канавка за-
полнена фторопластом либо залита баббитом. Вентили имеют
также верхнее уплотнение шпиндель-крышка для перекрытия
сальника. На рис. 174 показан вентиль с Dy = 15 мм со штампо-
ванным корпусом и цапковым резьбовым креплением к трубопро-
воду. На рис. 175 показан вентиль с кованым корпусом и с флан-
цевым креплением.
На рис. 176 изображен вентиль, предназначенный для работы
в тех же условиях, но с большим диаметром прохода Dy = 100 ч-
-4-200 мм. Корпуса и крышки вентилей таких диаметров прохода
175
литые. Вентиль также имеет уплотнение замка и верхнее уплот-
нение сальника с применением фторопласта либо баббита. Вентили
предназначены для работы на жидком и газообразном аммиаке.
Регулирующий вентиль, приведенный на рис. 177, пред-
назначен для работы на жидком и газообразном аммиаке при
температуре от —70 до +150° С и давлении до Ру = 25 кПсм2.
Вентиль имеет конусный стержневой плунжер и верхнее уп-
лотнение.
Присоединительные фланцы установлены на резьбе и закреп-
лены сваркой, а средний фланец под крышку выполнен с примене-
нием проволочного бурта, закладываемого в кольцевую канавку
корпуса.
Для работы на жидкой и газообразной кислоте при темпера-
туре от —80 до +150° С и давлении до Рраб = 100 к.Псмг предназ-
начен вентиль с Dy = 10 15 мм, приведенный на рис. 178.
Крепление его к трубопроводу производится с помощью резьбо-
вых цапок.
Для сред с низкими температурами, в особенности при глубо-
ком холоде, применяются обычно вентили. Задвижки, как пра-
вило, не применяются, так как возможно замораживание среды
и примерзание уплотняющих колец. В случае возникновения та-
ких явлений открыть вентиль значительно проще, чем задвижку.
Кроме того, понижение температуры может вызвать защемление
клина задвижки.
На рис. 179 показаны конструкции угловых вентилей с руч-
ным управлением для установок глубокого холода. Вентили с ус-
ловным диаметром прохода Dy = 10 -г- 150 мм, для рабочей тем-
пературы до —208° С, для рабочего давления Рраб = 0,5 -н
-4-22 кПсм2. Вентили предназначены для трубопроводов, транс-
портирующих водород и азот с температурой до — 208° С и ниже.
Вентили устанавливаются внутри изоляционного кожуха; саль-
никовая коробка, маховик ручного управления и указатель подъ-
ема тарелки клапана выведены наружу. На рис. 179, а и б пока-
заны запорные вентили, на рис. 179, в, г и д — регулирующие
вентили. Вентили угловые и патрубки выведены под пайку. По-
дача среды производится «под клапан»; в запорных вентилях до-
пускается подача среды «на клапан». Вентили устанавливаются
в любом положении, чаще всего с горизонтальным расположением
шпинделя. Детали вентилей изготовляются из стали Х18Н10Т
или из латуни ЛЖМц59-1-1. Дроссельный вентиль, изображенный
на рис. 179, д, пригоден для дросселирования газа с давления
150—200 кПсм2.
На рис. 180 показан вентиль с электроприводом для устано-
вок глубокого холода диаметром прохода D,, = 32 -г- 200 мм.
Эти вентили устанавливаются с горизонтальным расположением
шпинделя. При низких температурах сальниковое устройство
работает в сложных условиях. Набивка теряет упругость, при
176
Рис. 176. Вентиль запорный Dy — 100-г 200 мм
для аммиака при Р^=25 кПсм* и рабочей тем-
пературе от —70 до +150° С
Рис. 177. Вентиль регулирую
щий для аммиака
Рис. 178. Вентиль запорный Dy=
= 10-е-15 мм для кислоты иа
Рраб ~ ЮО кГ1см2 для темпера-
туры от —80 до +150° С
12 Д. Ф. Гуревич
177
Qo
Рис. 179. Вентили угловые для глубокого холода: а — запорный
среднего диаметра прохода; б—запорный малого диаметра прохода;
в — запорно-регулирующий; г — дроссельный малого диаметра про-
хода; д — дроссельный сверхмалого диаметра прохода
Рис. 180. Вентиль для глубокого холода с элек-
троприводом
пропуске среды и намораживании шпинделя в связи с испаре-
нием может произойти заедание. Чтобы улучшить условия работы
сальника, устанавливают термическую перемычку и обеспечивают
обогрев сальника. В первом случае средний участок удлиненного
штока от маховика или привода изготовляют из неметаллического
материала с возможно низким коэффициентом теплопроводности
(текстолит и т. д.), в результате чего потери тепла из сальника
значительно сокращаются. Во втором случае сальниковое устрой-
ство окружают кожухом и в образованное пространство подво-
дят среду с температурой, достаточной для поддержания сальника
в работоспособном состоянии.
5. КОНСТРУКЦИИ АРМАТУРЫ ДЛЯ ВАКУУМА
Наиболее сложной задачей конструирования арматуры для
вакуума является обеспечение внешней и внутренней плотности.
Это обычно достигается применением сильфонов и мягких прокла-
док из вакуумной резины.
На рис. 181 приведен вентиль
сильфонный запорный Dy = 3^-
-ь-20 мм, изготовляемый из ла-
туни для работы при вакууме до
10“5 мм рт. ст. или при рабочем
давлении не более 1 кПсм2 — при
температуре t 60° С. Вентиль
имеет сильфон из полутомпака, изо-
лирующий внутреннюю полость от
проникновения внешнего воздуха
через зазор между крышкой и
шпинделем. Сальниковое устрой-
ство с набивкой из графита с цере-
зином является запасным на слу-
чай выхода из строя сильфона при
применении вентиля для вредных
газообразных сред. Уплотняющие
Рис. 181. Вентиль сильфонный для
вакуума
кольца тарелки и прокладки изго-
товляются из вакуумной резины.
На рис. 7 показан вентиль для
вакуума до 10 2 мм рт. ст. для работы при температуре до 50° С.
Допустимое рабочее давление не более 2,5 кПсм'2. Вентиль флан-
цевый; корпус изготовляется из ковкого чугуна; крышка и тарелка
из стали, сильфон из полутомпака, шпиндель латунный; уплот-
няющее кольцо тарелки и прокладки из вакуумной резины.
На рис. 182 приведена конструкция вентиля из коррозионно-
стойкой стали Dy — 4 -г- 20 мм для работы при вакууме до
5-10~6 мм рт. ст. и температуре до 50° С. Рабочее давление не бо-
лее 0,5 кПсм2. Вентиль снабжен сильфоном и имеет, кроме того,
12*
179
верхнее уплотнение мембранного типа из вакуумной резины. Уплот -
няющее кольцо на шпинделе для перекрытия седла изготовлено
из специальной резины. Вентиль имеет дисковый указатель подъ-
ема и устройство для подключения индикатора сигнализации по-
вреждения сильфона.
Бессальниковый вакуумный вентиль из коррозионностойкой
стали Dy = 6 мм с электромагнитным приводом показан на
Рис. 183. Вентиль с элек-
тромагнитным приводом
для вакуума
рис. 183. Вентиль предназначен для установки на емкостях с га-
зовой средой при вакууме 150 мм рт. ст. и температуре до 60° С.
Управление вентилем дистанционное.
Электромагнит постоянного тока. Вентиль снабжен боковым
штуцером для отбора среды.
6. КОНСТРУКЦИИ АРМАТУРЫ ДЛЯ ПУЛЬП, ШЛАМОВ
И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
При работе на пульпе, шламах и сыпучих материалах арматура
подвергается, помимо коррозионного воздействия среды, еще
гидроабразивному износу, создаваемому движущимися твердыми
180
частицами среды, поэтому внутренние поверхности арматуры
должны быть износостойкими, а полости должны иметь плавные
переходы и возможно равновеликие проходные сечения, чтобы не
происходило выпадения твердых компонентов и осаждения их
в местах уменьшения скоростей потока. Уплотняющие поверх-
ности должны быть такой формы, чтобы твердые частицы по воз-
можности не осаждались на них и не препятствовали плотному
перекрытию замка затвора. В некоторых случаях арматура ра-
ботает на густом шламе или пасте при высоких давлениях и тем-
пературах, что создает особо сложные условия эксплуатации.
На рис. 184 приведена конструкция углового запорного вентиля
Dy — 10 н- 125 мм для работы на трубопроводах с вязкими и за-
грязненными средами (шламах, пастах и др.). Наибольшее рабо-
чее давление Рраб = 320 кПсм2 при температуре t = 200° С.
Корпус из кованой стали. Шпиндель вентилей с диаметром про-
хода Du = 10 -4- 32 мм не имеет съемного наконечника. Фланцы
вентиля выполнены под линзовое уплотнение. Шпиндель соединен
с электроприводом с помощью специальной муфты, связанной
с верхним концом шпинделя скользящей шпонкой.
На рис. 185 показаны угловые патронные дроссельные вентили
Dy = 25 40 мм для давлений 320—700 кПсм2, предназначен-
ные для работы на загрязненных средах (шламах, пастах и т. д.),
при температуре 200—400° С. Корпус вентиля стальной, кованый,
снабжен сменным седлом с коническим уплотнением замка. Дрос-
селирующие детали выполнены из твердого металлокерамического
материала. При работе вентилей на среде с температурой до
400° С для уменьшения действия высокой температуры на сальни-
ковое устройство последнее охлаждается проточной водой, про-
ходящей через рубашку, образованную в нижней части корпуса
сальника (рис. 185, б). Вода под давлением 6 кПсм2 подается че-
рез отверстие в нижней части стойки и отводится через верхнее.
Набивка сальника — асбестовая, пропитанная.
Регулирующий клапан с мембранным пневматическим приво-
дом, применяемый для работы на загрязненных жидких и газообраз-
ных средах, приведен на рис. 186. Клапаны чугунные, имеют услов-
ный диаметр прохода 50—250 мм, предназначены для давлений
до 1 кПсм2 или вакуума до 4 мм рт. ст. при температуре до 40° С.
Седло делается из резины, плунжер снабжен защитной облицов-
кой. Пневматический привод работает с позиционным реле. Саль-
ник регулирующего клапана со смазкой снабжен лубрикатором.
Затворы для сыпучих материалов работают в тяжелых усло-
виях, так как сыпучая среда, набиваясь между седлом и тарелкой
клапана, затрудняет закрывание затвора, а движущиеся твердые
частицы изнашивают уплотняющие поверхности. Представляет
интерес конструкция клапана для сыпучих материалов, представ-
ленная на рис. 187, в которой предусмотрена защита тарелки кла-
пана от интенсивного износа твердыми частицами и возможность
181
Рис. 184. Запорный угловой вентиль с
электроприводом для загрязненных сред
(шламов, паст и др.) на Рраб=320 кГ/см1
182
Рис. 185. Угловые патронные дроссельные вентили
для загрязненных сред (шламов, паст и др.) на
Рраб = 3204-700 кГ/см2-. а — на tpae=200° С; б—
на tPa6 = 400° С
183
Рис. 186. Регулирующий клапан для загрязненных
сред на Рраб < 1 кГ/см* с мембранным пневмопри-
водом
184
продувки водяным паром или газом уплотняющих поверхностей
тарелки клапана 1 и седла 2 перед закрытием клапана. При закры-
вании клапана тарелка вначале надвигается своим конусом 3 на
отсечное кольцо 4, находящееся в опущенном положении. При
этом поток среды прекращается, хотя уплотняющий конус тарелки
не доходит до седла. Производится продувка уплотняющих поверх-
поднимают до упора в седло корпуса.
При открывании клапана отсечное
кольцо опускается на верхний торец
седла и своим кольцевым буртом
ностей, после чего тарелку
Рис. 187. Клапан запорный для
сыпучих материалов: 1—тарелка
клапана; 2 — седло; 3 — конус;
4 — отсечное кольцо; 5 — защит-
ное кольцо
Рис. 188. Клапан запорный сварной для
сыпучих материалов
перекрывает уплотняющее кольцо
седла, защищая его от эрозионного
действия движущейся среды. Та-
релка клапана в своем крайнем нижнем положении садится в защит-
ное кольцо 5, благодаря чему уплотняющее кольцо тарелки кла-
пана также предохраняется от эрозионного действия среды, так
как на защитном кольце, имеющем значительную глубину, обра-
зуется неподвижный слой материала, защищающего кольцо та-
релки.
Для мелких сыпучих материалов (порошков) может быть ис-
пользована конструкция клапана, представленная на рис. 188.
Клапан выполнен сварным. Обычной конструкции задвижки не-
применимы для сыпучих материалов, которые, забиваясь в по-
лости корпуса, препятствуют движению клина или диска. С уче-
том специфических особенностей этих материалов разработана
конструкция задвижки £>й=200 мм, показанная на рис. 189. Она
работает в горизонтальном положении (на вертикальном трубо-
проводе) и управляется пневматическим поршневым приводом.
185
Для сыпучих материалов используются и конусные краны,
которые для работы в данных условиях имеют тарельчатую конст-
рукцию с углом конуса на тарелке в 90°. Для горячих материалов
(Z 1000° С) может быть использована конструкция, представ-
ленная на рис. 190. Во избежание заклинивания и зависания
а)
Рис. 189. Задвижки для сыпу-
чих материалов: а — с ручным
управлением; б — с пневмопри-
водом
транспортируемого материала проходное сечение увеличивается
от места засыпки до выпускного отверстия. В этой конструкции
предусмотрено одно загрузочное окно. На рис. 191 показана
конструкция тарельчатого конусного крана с четырьмя загрузоч-
ными окнами. Закрытие крана осуществляется поворотом руко-
ятки на 45°.
Обратный подъемный клапан, имеющий Dy = 25 -- 60 мм
для вязких и загрязненных сред (шлам, паста, мазут и т. п.)
представлен на рис. 192. Клапан предназначен для давления
Рраб = 320 кГ/см2 и температуры до 200° С. Корпус клапана сталь-
186
ной, состоит из двух частей, соединенных шпильками. Уплотнение
плоское, беспрокладочное. Тарелка клапана имеет каплевидную
форму с направляющими ребрами. Присоединительные фланцы
выполнены под линзовое уплотнение. Клапан предназначается для
Рис. 190. Тарельчатый конусный кран
с одним окном для сыпучих материа-
лов
1
Рис. 191. Тарельчатый конусный
кран с четырьмя окнами для сыпу-
чих материалов
установки в вертикальном трубопроводе седлом вниз. Такой же
конструкции обратные клапаны изготовляются для давлений
Рраб = 700 кПсм2, при температуре до 200° С. Корпус такого кла-
пана имеет увеличенную толщину стенок.
При малых давлениях для пульп успеш-
но применяют шланговые клапаны, описан-
ные ранее и приведенные на рис. 104—111.
Прямолинейный проход в корпусе кла-
пана создает хорошие условия для про-
движения среды, а отсутствие выступов,
создающих завихрения, уменьшает вероят-
ность местного осаждения твердых компо-
нентов. Мембранные вентили, приведен-
ные на рис. 102, также могут быть исполь-
зованы для пульп.
7. КОНСТРУКЦИИ АРМАТУРЫ
СВЕРХБОЛЬШИХ ДИАМЕТРОВ ПРОХОДА
Арматура сверхбольших диаметров про-
хода — свыше 1200 мм (1400—4000 мм)
обычно используется в металлургии и гид-
ротехнических сооружениях. Давление
в арматуре диаметром прохода 1400 мм и
Рис. 192. Клапан обрат-
ный подъемный для вяз-
ких и загрязненных сред
(шламов, паст, мазута и
пр.) на Рраб= 320 кГ/см?
187
более редко превышает 10 кПсм2. Для трубопроводов сверх-
большого диаметра применяются в основном затворы трех типов:
задвижки, заслонки (дисковые затворы) и кольцевые задвижки.
Каждый из этих типов затворов
имеет свои преимущества и недо-
< статки. Задвижки установившихся
_____ форм хорошо изучены, требуют
относительно небольших усилий и
-—мощностей для управления, но
жесткость корпуса и крышки их
обычно невелика. Для сверхбольших диа-
метров прохода задвижка с корпусом круг-
Рис. 193. Клиновая чу-
гунная задвижка Dy =
= 2000 мм на Р„ =
= 2,5 кПсм?
лого сечения получается громоздкой, а
плоская — недостаточно жестка. Приме-
нение ребер несколько увеличивает жест-
кость, но все же не обеспечивает надежной
жесткости. Заслонки или дисковые затворы
просты по конструкции, но требуют боль-
ших крутящих моментов на валу для управ-
ления, поэтому привод их получается гро-
моздким, часто используется гидравлика,
кроме того, в открытом виде диск перекры-
вает часть площади прохода в трубе. Коль-
цевые задвижки довольно компактны по
габаритам и не требуют мощного привода,
но сложны по конструкции.
С диаметрами прохода до 2000 мм за-
вижки используются сравнительно часто.
При диаметрах прохода свыше 2000 мм
обычно используются заслонки (дисковые
затворы). Кольцевые задвижки в отечест-
венной технике используются редко.
На рис. 193 показана чугунная задвиж-
ка на давление Ру — 2,5 kFIcm2, при t
< 200°С с вращаемым шпинделем и цель-
ным клином, имеющая диаметр прохода
до 2000 мм.
Задвижки диаметром прохода до 1600 мм
включительно изготовляются полнопро-
ходными. Задвижка диаметром прохода
2000 мм выполняется с сужением с 2000 мм
до 1800 мм. Задвижка снабжена электро-
приводом и ручным дублером. Она имеет
латунные уплотняющие кольца и пред-
назначается для воды и пара. На рис. 194 приведена конструк-
ция чугунной задвижки для давления кПсм2 и темпера-
туры /<;120° С для воды и пара. Задвижка имеет электропривод
188
Рис. 194. Клиновая чугунная задвиж-
ка Dy = 1600 мм на Ру = 10 кПсм*
Рис. 195. Стальная двухдисковая
клиновая задвижка с электропри-
водом Dy = 2000 мм на Рраб =
= 10 кГ!см? и tpaQ = 400° С
189
Рис. 196. Затвор с поворотным щит-
ком
и снабжена обводом. Корпус задвижки овального сечения, близ-
кого к кругу; ребра жесткости расположены внутри. Такие
задвижки изготовляются диаметром прохода до Dy = 1600 мм,
причем задвижки, имеющие диаметр прохода 1600 мм, изготов-
ляются суженными с переходом на 1400 мм.
Стальная задвижка диаметром прохода до 2000 мм приведена
на рис. 195; она предназначена для работы при давлении Рраб =
= 10 кПсм2 и температуре до 400°С.
Задвижка имеет двухдисковый
клин, выдвижной шпиндель и снаб-
жена электроприводом.
Конструкция заслонки (диско-
вого затвора) для сверхбольших
диаметров прохода — 1600 мм и
больше — приведена на рис. 35, а.
Такие заслонки предназначены для
воды при давлении до Рраб =
= 10 кПсм2 и температуре до
60° С.
Принципиальная схема затвора
с поворотным щитком приведена
на рис. 196. Перекрытие потока
в трубопроводе в этом затворе осу-
сферического щитка вокруг оси
образом щиток заводится между
кольцевыми поверхностями корпуса и одна часть трубопровода
отъединяется от другой. Для уплотнения замка затвора исполь-
зуется упругий шланг, в который после перекрытия щитком про-
хода автоматически подается среда из напорной части трубопро-
вода (вода). Под действием давления шланг плотно перекрывает
зазор между щитком и корпусом. Управление затвором (Dy =
= 3700 мм) производится гидроприводом. Затвор снабжен бай-
пасным устройством с перепускным клапаном для смягчения
возможных гидравлических ударов.
ществляется путем поворота
центральной цапфы. Таким
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ПРИВОДЫ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
Глава I. РУЧНОЙ ПРИВОД
1. РУЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ АРМАТУРОЙ
Ручное управление арматурой является наиболее старым, про-
стым и надежным методом управления арматурой, осуществляется
вращением маховика или рукоятки, закрепленной на шпинделе
или ходовой гайке. В зависимости от диаметра маховика и места
его расположения относительно корпуса человека усилие, которое
может приложить к маховику физически нормально развитый
человек, находится в пределах 19—85 кГ (табл. 11).
Таблица 11
Максимальные расчетные усилия и крутящие моменты,
допустимые иа маховиках
Управление одной рукой Управление обеими руками Управление двумя операторами
Диаметр маховика в мм Расположение маховика
Любое Вертикальное на уровне груди или пояса Горизонтальное на уровне груди Г оризонтальное на уровне груди
Усилие в кГ Крутящий момент в кГ см Усилие в кГ Крутящий момент в кГ-см Усилие в кГ Крутящий момент в кГ'СМ Усилие в кГ Крутящий момент в кГ-см
50 19 47 19 47 18 45 — —
65 21 68 24 78 23 75 — —
80 23 92 32 128 30 120 — —
100 25 125 38 190 36 180 —
120 — — 44 264 41 246 — —
140 — — 50 350 45 315 — 1
191
Продолжение табл. 11
Управление одной рукой Управление обеими руками Управление двумя операторами
Диаметр маховика в мм Расположение маховика
Любое Вертикальное на уровне груди или пояса Горизонтальное на уровне груди Горизонтальное на уровне груди
Усилие в кГ Крутящий момент в кГ-см Усилие в кГ Крутящий момент в кГ'СМ Усилие в кГ Крутящий момент в кГ-см Усилие в кГ Крутящий момент в кГ-см
160 — — 56 448 50 400 — —
180 — — 64 575 55 495 — —
200 — — 68 680 57 570 100 1000
225 — 71 800 61 686 — —
240 .— — 75 900 62 744 110 1320
250 — — 75 938 62 775 — —
280 — 80 1120 64 896 118 1652
320 — — 83 1328 65 1040 128 1968
360 — — 85 1530 66 1188 128 2304
400 — — 85 1700 68 1360 132 2640
450 — — 82 1845 65 1462 135 3040
500 — — 75 1875 61 1525 136 3400
560 — 75 2100 61 1708 136 3810
640 — — 75 2400 61 1952 136 4352
780 — — 75 2700 61 2196 139 5004
800 — 75 3000 61 2440 139 5560
900 — — 75 3375 61 2745 139 6255
1000 — — 75 3750 61 3050 139 6950
Примечание. Диаметр маховика не должен превышать 0,8 строитель- ной длины арматуры.
К рукоятке могут быть приложены усилия несколько мень-
шие, чем к маховику (табл. 12).
В подавляющем большинстве конструкций арматуры для управ-
ления запорным или дроссельным элементом (тарелка клапана,
плунжер, диск, клин и пр.) используется винтовой механизм
и лишь в некоторых случаях применяются другие способы. Преиму-
щества винтового механизма перед другими заключаются в про-
стоте конструкции, дешевизне изготовления, возможности полу-
192
Таблица 12
Максимальные расчетные усилия и крутящие моменты, допустимые
на рукоятках и ключах (управление одним человеком)
Рукоятки Ключи
Длина рукоятки или ключа Расположение
Вертикальное иа уровне груди или пояса Г оризоитальное на уровне груди Вертикальное на уровне груди или пояса Горизонтальное на уровне груди
в мм Усилие в кГ Крутящий момент в кГ'СМ Усилие в кГ Крутящий момеит в кГ см Усилие в кГ Крутящий момент в кГ’См Усилие в кГ Крутящий момент в кГ’См
80 20 80 14 56 28 224 22 176
90 21 94,5 15 67,5 30 270 24 216
100 22 ПО 16 80 32 310 26 260
110 23 126,5 17 93,5 33 363 27 285
120 24 144 18 108 34 409 28 336
130 25 162,5 19 123,5 36 467 30 390
140 26 182 20 140 37 518 32 448
150 27 202,5 21 157,5 38 570 34 510
160 28 224 22 176 40 640 35 560
170 29 246,5 23 195,5 41 696 36 612
180 30 270 24 216 42 755 37 665
190 31 295 25 238 43 817 38 721
200 32 320 27 270 45 900 40 800
210 33 347 29 304,5 47 986 42 882
230 37 426 33 379 49 1125 44 1010
240 40 480 35 420 50 1200 45 1080
250 43 537 37 462 52 1300 46 1150
260 46 597 39 507 53 1380 47 1220
270 49 660 41 553 54 1460 48 1300
280 52 727 43 601 55 1540 49 1370
290 55 797 45 652 56 1625 50 1450
310 60 930 48 744 58 1800 51 1580
320 62 990 49 784 60 1920 52 1665
400 68 1360 53 1060 — — — —
450 70 1575 54 1215 — — — —
500 71 1775 55 1375 — — — —
550 72 1980 56 1540 — — — —
П р и м е ч длины арматуры а и и е. Длина рукоятки ие должна превышать строительной
13 Д. Ф. Гуревич
193
Рис. 197. Клапан с ручным эксцентриковым приводом
194
чения больших усилий и создании условий самоторможения, бла-
годаря чему установленная степень открытия арматуры не может
самопроизвольно изменяться и сохраняется до последующей пере-
становки, независимо от величины усилий, которые создаются
давлением среды и передаются на шпиндель. В качестве примера
применения других механизмов на рис. 197 приведен сильфонный
клапан с кулачковым (эксцентриковым) управлением. Шпиндель
клапана усилием пружины поджимается вверху. Поворотом эксцен-
трика с помощью рукоятки шпиндель опускается книзу. Такое
управление целесообразно для быстродействующих клапанов.
2. РУЧНОЙ ПРИВОД С ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
Во многих случаях для управления арматурой необходимо
прилагать к маховику большие усилия, что затрудняет работу
обслуживающего персонала. Чтобы уменьшить усилие на рукоятке
Рис. 198. Редуктор для ручного управ-
ления с зубчатой конической переда-
чей для правой ходовой резьбы
Рис. 199. Редуктор для ручного
управления с зубчатой кониче-
ской передачей для левой ходо-
вой резьбы
маховика, необходимое для управления арматурой, наиболее часто
применяют редукторы с зубчатой или червячной передачей.
На рис. 198 и 199 показаны конструкции редукторов с ко-
нической зубчатой передачей, из которых один дает правое
13* 195
вращение гайке, другой — левое при одном направлении вращения
маховика. Редуктор может быть установлен на задвижке с выдвиж-
ным шпинделем. Крепление на крышке задвижки производится
с помощью квадратного фланца, на торце которого установлена
шпонка, входящая в паз на крышке и предотвращающая проворот
редуктора. Верхняя труба кожуха шпинделя изготовляется по
месту. Редуктор снабжен указателем подъема клина вертикаль-
ного типа. Соединение ступицы шестерни с ходовой гайкой за-
движки осуществляется с помощью торцовых кулачков.
В табл. 13 приведены основные данные применяемых редук-
торов с конической передачей.
Таблица 13
Основные данные редукторов с конической передачей
Наибольший крутящий момент М в кГ-м Передаточное число i Наружный диаметр маховика DM в мм Наибольшее усилие на маховике в кГ
40 3 400 70
100 3 560 125
150 3,75 640 132
250 4 1000 132
3. РУЧНОЙ ПРИВОД С ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
При необходимости создания моментов более 250 кГ-м приме-
няются редукторы с червячной передачей. Задвижка с ручным
приводом, снабженная червячным редуктором, показана на рис. 21.
Основные данные таких редукторов приведены в табл. 14.
Таблица 14
Основные данные редукторов с червячной передачей
Крутящий момент М в кГ-м Передаточное число t Наружный диаметр маховика DM в мм Наибольшее усилие на маховике в кГ
250—320 7,5 4 130
320—480 10 3 150
480—800 15 2 165
4. РУЧНОЙ ДИСТАНЦИОННЫЙ ПРИВОД
В связи с необходимостью устанавливать арматуру в местах,
труднодоступных для обслуживающего персонала, возникла не-
обходимость в дистанционном ручном управлении арматурой.
Одним из первых способов дистанционного управления является
применение цепной передачи.
196
Цепь тяговая, сварная, калиброванная используется для при-
ведения во вращение шкива, насаженного на вал привода. Шкив
имеет канавку с фасонными выемками под звенья цепи. На рис. 200
показан цепной привод задвижки. Такой привод может приме-
няться только для арматуры, расположенной над оператором.
Недостатком цепного привода является также и то, что цепь
иногда соскакивает со шкива.
Более совершенным приводом является дистанционный ручной
привод с помощью валов, соединенных шарнирами Гука. Такой
привод имеет широкое распространение в настоящее время. Раз-
работаны конструкции колонок дистанционного управления,
с помощью которых вручную или с помощью электропривода про-
изводится управление арматурой, расположенной в труднодоступ-
ных местах. Колонки дистанционного управления рассчитаны для
передачи крутящих моментов до 60 кГ-м и имеют указатель
подъема для определения степени открытия арматуры. Валы
197
CD
00
a) 6)
Рис. 201. Схемы применения коло-
нок ручного дистанционного управ-
ления при расположении колонки
выше трубопровода: а — для корот-
ких расстояний; б — для длинных
расстояний
6)
Рис. 202. Схемы применения колонок ручного ди-
станционного управления при расположении колон-
ки ниже трубопровода: а — для горизонтального
трубопровода; б — для вертикального трубопро-
вода
/ЖЖ
передачи устанавливаются таким образом, чтобы наибольший
угол отклонения от оси не превышал 30°.
На рис. 201 и 202 приведены некоторые схемы компоновки пере-
дачи с применением колонок дистанционного управления. На
рис. 201, а и б показаны схемы для дистанционного управления
арматурой, установленной на горизонтальных трубопроводах,
Рис. 203. Конструктивное оформление выходных узлов за-
движек с выдвижным шпинделем под дистанционное управ-
ление: а — с зубчатой передачей и выносной осью; б — с
трубчатой гайкой
расположенных ниже колонки, на рис. 202, а и б — схемы при
управлении арматурой, расположенной на горизонтальном и вер-
тикальном трубопроводах выше колонки.
Для того чтобы иметь возможность присоединять задвижку
с выдвижным шпинделем к колонке дистанционного управления,
либо на задвижку устанавливают зубчатую цилиндрическую пере-
дачу (рис. 203, а) и шарнир Гука устанавливают на оси, парал-
лельно шпинделю, либо ходовую гайку удлиняют и заканчивают
стержнем для установки шарнира Гука (рис. 203, б), а конец вы-
движного шпинделя при открывании задвижки перемещается
в полой части ходовой гайки.
199
Глава II. ЭЛЕКТРОПРИВОД
1. УПРАВЛЕНИЕ АРМАТУРОЙ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Электроприводы получили широкое применение для управле-
ния арматурой благодаря тем достоинствам, которые они имеют.
Доступный вид энергии и простота создания коммуникаций для
транспортировки этой энергии позволяет устанавливать арматуру
с электроприводом в любых труднодоступных местах.
С помощью электропривода сравнительно легко осуществляются
следующие действия, связанные с управлением арматуры:
1) закрывание и открывание прохода в арматуре с пульта
управления путем нажатия кнопок «закрыть», «открыть» и «стоп»;
2) автоматическое отключение электродвигателя при превыше-
нии крутящего момента на выходном валу сверх установленного;
3) автоматическая остановка запорного или дросселирующего
элемента арматуры при помощи путевого выключателя;
4) сигнализация на пульте управления крайних положений
шпинделя;
5) указание степени открытия арматуры на циферблате путе-
вого выключателя для местного наблюдения;
6) дистанционное указание положения запорного элемента на
пульте управления при помощи сельсин-датчика и сельсин-
приемника;
7) ручное управление арматурой в аварийных условиях, при
отсутствии электроэнергии или выходе из строя какого-либо
участка электрической части привода;
8) электрическая блокировка электропривода с работой дру-
гих приводов и механизмов.
Электроприводы обычно имеют компактную конструкцию и
небольшие габариты. Лишь для арматуры малых проходов они
получаются относительно громоздкими. Электропривод устанав-
ливается непосредственно на арматуре или на расстоянии; в этом
случае передача движения от электропривода к арматуре осу-
ществляется с помощью соответствующих передаточных звеньев
(валы, муфты, зубчатые передачи, шарнирные муфты и т. д.).
Электропривод по мощности обычно выбирается так, чтобы
крутящий момент на шпинделе арматуры имел величину в преде-
лах 40—100% от наибольшего крутящего момента, развиваемого
данным типом электропривода. Стопроцентную нагрузку электро-
привод может принимать только при повторно-кратковременном
режиме (ПВ 15%).
Значение ПВ% при повторно-кратковременном режиме работы
определяется по формуле
/7В = g-т- 100 = 100%-
сраб “Г С >цикла
200
где tPa6 — продолжительность работы под нагрузкой в мин\
t0 — продолжительность перерыва между нагрузками в мин.
ПрОДОЛЖИТеЛЬНОСТЬ ОДНОГО ЦИКЛа 1цикла = tpa6 + ПРИ п0‘
вторно-кратковременном режиме работы не должна превышать
10 мин.
В момент закрывания арматуры, когда уплотняющие кольца
клина и корпуса соприкасаются, происходит резкое торможение
движения, при этом момент на выходном валу возрастает за счет
использования кинетической энергии ротора двигателя. Чтобы
обеспечить нормальную работу арматуры, закрывание должно
производиться с моментом, достаточным для обеспечения плотности
замка затвора. Чрезмерное повышение момента при закрывании
затрудняет последующее открывание и может вызвать поломку
деталей.
После закрывания затвора под действием увеличенного момента
и в связи с повышением коэффициента трения при трогании с места,
мощность электродвигателя для открывания затвора может ока-
заться недостаточной. Чтобы избежать этого, все электроприводы,
снабженные электродвигателем, имеют устройство, ограничиваю-
щее момент на выходном валу при закрывании арматуры. Для этой
цели применяются муфты ограничения крутящего момента (меха-
нический способ) или реле ограничения максимальной силы тока
в электродвигателе (электрический способ).
Применение муфт ограничения крутящего момента (МОКМ)
несколько усложняет и удорожает изготовление электропривода,
но механические характеристики электроприводов с МОКМ лучше,
чем с реле ограничения максимальной силы тока, или, как их
обычно называют, реле максимального тока. Последние допускают
отклонения от установленного момента и переход кинетической
энергии ротора двигателя в работу по закрыванию затвора. Муфта
ограничения крутящего момента позволяет ограничивать моменты
там, где это требуется как при электрическом, так и при ручном
управлении. При использовании реле максимального тока разница
между номинальным моментом на выходном валу электропривода
и моментом при закрывании будет тем больше, чем выше жесткость
механизма привода и арматуры, поэтому для арматуры больших
проходов разница будет меньше, чем для арматуры малых про-
ходов. Для задвижек разница между механической муфтой и реле
силы тока будет меньше, чем в вентилях. Несмотря на указанные
недостатки, электроприводы с реле максимального тока полу-
чили применение благодаря своей простоте и дешевизне.
Муфты ограничения крутящего момента можно разделить на
следующие группы: муфты с радиальным кулачком, с торцовым
кулачком, с подвижным червяком и муфты фрикционного действия.
Муфты могут быть одностороннего и двустороннего действия.
У арматуры, не имеющей верхнего уплотнения (перекрытие саль-
ника), муфта может быть одностороннего действия, при этом
ограничение момента происходит только в сторону закрывания
арматуры. При открывании момент от действия электродвигателя
не ограничивается. При наличии верхнего уплотнения применяются
муфты двустороннего действия, в которых ограничение момента
производится при движении в обе стороны.
2. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
В электроприводах используют как простую цилиндрическую
передачу, так и планетарную. На рис. 204 показана кинематиче-
ская схема электропривода с цилиндрической зубчатой передачей
и муфтой ограничения крутящего момента с торцовым кулачком.
Конструкция такого привода приведена на рис. 205. От электро-
двигателя 1 (рис. 204) через редуктор с червячной передачей
гг—z2, z3—z4, z6 — ze с передаточным числом i — 15 движение
передается на вал поперечины муфты ограничения крутящего мо-
мента. Пружина сжатия 5 прижимает ролики 4 муфты, насаженные
на поперечину, в выемку чашки 3. Благодаря этому приводятся
во вращение шестерни г7 — г8, обеспечивающие вращение выходной
кулачковой муфты 10. При возникновении крутящего момента,
большего, чем допускается муфтой, ролики, накатываясь на скос
паза в чашке, отжимают пружину крестовины и муфта расцеп-
ляется. При этом электродвигатель выключается и останавли-
вается.
Для ручного управления служит маховик 6. Чтобы перейти
на ручное управление, необходимо рукоятку 2 механизма пере-
ключения перевести в верхнее положение, тогда нижняя кулач-
ковая муфта расцепится и отключит редуктор от привода, а верх-
няя кулачковая муфта сцепится и включит маховик. При враще-
Основные данные электроприводов
с цилиндрической зубчатой передачей
Таблица 15
Наибольший кру- тящий момент элек- тропривода при от- крывании М в кГ-м Сменные шестерни Общее передаточное отношение 1 Число оборотов вы- ходной муфты п в об/мин Скорость открывания арматуры в мм/мин
*7 г» Шаг резьбы шпинделя в мм
5 6 8
50 30 62 28,2 46,3 230 278 370
75 22 70 43,4 30,0 150 180 240
100 18 74 56,0 23,3 116 140 185
202
нии маховика 6 приводится в движение крестовина муфты и через
ролики 4, прижатые к чашке 3, движение передается шестерням
z7— zs. Эти шестерни сменные, благодаря чему общее передаточное
число от электродвигателя к выходной кулачковой муфте может
иметь три значения. Основные данные такого электропривода при
мощности электродвигателя
N—2,2 кет и числе оборотов
п = 1305 об!мин приведены
в табл. 15.
Момент, указанный в таб-
лице, действует при открыва-
б
Открыто
Закрыто
Рис. 204. Кинематическая схема электро-
привода с цилиндрической зубчатой пере-
дачей и муфтой ограничения крутящего
момента с торцовым кулачком
нии арматуры, а при закрывании арматуры крутящий момент
будет на 20% меньше. Это достигается разными углами наклона
правой и левой сторон канавки под ролики на чашке 3. При
срабатывании муфты ограничения крутящего момента срабаты-
вает выключатель 7 и электродвигатель останавливается.
С помощью шестерен айв приводится в движение червячная
передача коробки путевых выключателей, вал 9 приводится во
вращение и с помощью кулачков 8 срабатывают магнитные выклю-
чатели. При достижении шпинделем арматуры крайних или задан-
ных промежуточных положений электродвигатель останавли.
203
вается. Одновременно дается сигнал на щит управления и вклю-
чаются соответствующие сигнальные лампы.
На коробке путевых выключателей устанавливается указатель
степени открытия арматуры (подъема шпинделя). Коробки путе-
вых выключателей изготовляются для различного количества обо-
ротов между крайними положениями шпинделя (табл. 16). Всего
изготовляется 6 типов коробок для следующих количеств оборо-
тов: 1—3; 3—7; 7—14; 14—35; 35—75; 75—160.
Цилиндрическая планетарная передача также применяется
в электроприводах арматуры. Положительными свойствами пла-
нетарной передачи является возможность получения больших пере-
даточных чисел и компактность конструкции, однако она требует
применения большого числа деталей. Кроме того, коэффициент
полезного действия планетарной передачи может оказаться зани-
204
женным при неудачном проектировании. Существует несколько
конструкций электроприводов с планетарной передачей для кру-
тящих моментов 2,5—73 кГ-м.
На рис. 206 показана кинематическая схема электропривода
с планетарной передачей с наружным зацеплением и муфтой огра-
ничения крутящего момента с радиальным кулачком. На рис. 207
приведена конструкция этого электропривода. Электродвигатель 1
(рис. 206) при помощи зубчатого колеса приводит во вращение
колесо z2, являющееся водилом. Вокруг солнечной шестерни г3,
Таблица 16
Число оборотов коробки
путевых выключателей
Количество оборотов шпинделя между его крайними положениями Марка или тип коробки переклю- чателей
1—3 А
3-7 Б
7—14 В
14—35 Г
35—75 Д
75—160 Е
6
7
Рис. 206. Кинематическая схема
электропривода с планетарной
передачей с наружным зацепле-
нием и муфтой ограничения кру-
тящего момента с радиальным
кулачком
заторможенной муфтой ограничения крутящего момента, обкаты-
ваются планетарные шестерни z4. Соединенные с ними шестерни г5
вращают шестерню z6, сидящую на одной оси с шестерней г7,
которая передает вращение последней шестерне г8. Оси планетар-
ных шестерен поддерживаются диском 2, вращающимся вместе
с водилом. Вращение передается на шестерню г8 до тех пор, пока
при помощи ролика 4, прижатого пружиной к пазу диска, затор-
можен диск 3 муфты ограничения крутящего момента. При воз-
никновении крутящего момента больше предусмотренного ролик
муфты, преодолевая сопротивление пружины, выходит из паза,
диск 3 проворачивается, а вместе с ним проворачивается и ше-
стерня z3. Вся система планетарной передачи при этом вращается
вхолостую.
Для включения ручного управления переключают рукоятку 5,
сцепляя маховик 6 с шестерней z7, при этом ролик муфты
205
ограничения крутящего момента отходит от диска. Электроприводы
такого типа имеют основные данные, которые приведены в табл. 17.
При закрывании арматуры наибольший крутящий момент сни-
жается на 20%. Коробка путевых выключателей обеспечивает
выключение электродвигателя в крайних или промежуточных
положениях, как эго было указано выше.
В электроприводе, схема которого изображена на рис. 208,
применена планетарная передача с внутренним зацеплением.
Муфта ограничения крутящего момента — бескулачкового типа,
с выключением электродвигателя подпружиненной рейкой. Работа
электропривода происходит следующим образом. Электродвига-
тель 1 приводит во вращение кривошип 2, на оси которого сво-
бодно вращается двойная шестерня zr—г3. Верхний барабан 3
удерживается от проворота червяком-рейкой 4. В нижней части
барабана находится шестерня г2 с внутренним зацеплением.
При вращении кривошипа 2 шестерня zr обкатывается по ше-
206
стерне z2; шестерня г8, связанная с шестерней гх, приводит в дви-
жение шестерню z4, благодаря чему вращается нижний барабан <3
с шестерней г5. С помощью шестерен ze и z7 приводится во вра-
щение выходная муфта.
Ограничение моментов про-
исходит следующим образом.
При возникновении моментов
Открывание
ЗакрыВани
ii»IIU
Рис. 208. Схема электропривода
с планетарной передачей с внут-
ренним зацеплением
больше предусмотренных окружное усилие, действующее на верх-
нем барабане, сжимая пружину, смещает рейку. При этомчервяк4
Таблица /7
Основные данные электроприводов с планетарной передачей
Электродвига- тель Наибольший кру- тящий момент при открывании М в кГ-м Сменные шестерни Общее передаточ- ное отношение i Число оборотов вы- ходной муфты д в об/мин Скорость открывания арматуры в мм/мин
Мощность W в кет Число обо- ротов п в об/мин 27 Z8 Шаг резьбы шпинделя в мм
4 5 6 8
7,0 45 75 27,5 51,7 207 259 310 —
0,62 1400 10,0 34 86 41,7 34,0 136 170 204 —
15,0 26 94 59,6 24,0 96 120 144 —
41 23 53 31,6 41,3 165 205 248 330
2,2 1305 58 18 58 44,3 29,0 118 198 177 236
73 15 61 55,8 23,0 93,5 117 140 187
207
Рис. 209. Конструкция электропривода с планетарной передачей соот-
ветственно схеме на рис. 208
208
выключает электродвигатель 1. Регулировка момента произво-
дится с помощью гаек 5. Ручное управление производится с по-
мощью маховика 7, сцепляемого с верхним барабаном при помощи
кулачковой муфты. Переключение с электрического привода на
ручное управление производится поворотом рукоятки 6. При этом
червяк выходит из зацепления с червячным колесом верхнего
барабана. С валом выходной муфты соединена коробка путевых
выключателей.
На рис. 209 изображена конструкция этого привода.
В последние годы в машиностроении получает развитие новый
вид передачи — так называемая волновая передача, использую-
щая мелкомодульные зубчатые колеса. Такие передачи приме-
няются для передаточных отношений не менее 1 : 50. Состоит
волновая передача из трех основных элементов: гибкого колеса
(колеса с тонкой деформируемой стенкой), жесткого колеса и гене-
ратора волн. Волновая передача допускает передачу вращения
через герметичную стенку, что позволяет использовать ее в ответ-
ственных конструкциях арматуры, предназначенных для токсич-
ных, коррозионных, радиоактивных и других опасных сред без
применения сильфонов и сальников.
При малом весе волновой редуктор обеспечивает большое пере-
даточное отношение и соответственно большой крутящий момент
на выходном валу. Вместе с тем следует иметь в виду, что для нор-
мальной работы волновой передачи должна быть обеспечена тща-
тельная смазка.
Волновые передачи имеют широкие перспективы для приме-
нения в арматуростроении и в этом направлении должны быть раз-
вернуты соответствующие работы.
3. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
Электроприводы с червячной передачей имеют компактную
конструкцию, сравнительно малое число деталей, большие пере-
даточные отношения и дешевы в изготовлении. В электропри-
водах с червячной передачей могут быть применены либо муфты
ограничения крутящего момента, либо реле максимального тока.
В настоящее время широко применяются реле максимального тока
благодаря тому, что они вносят значительное упрощение в кон-
струкцию электропривода.
Схема одной из конструкций электропривода с червячной пере-
дачей приведена на рис. 210. Электродвигатель 1 через кулачко-
вую муфту 2 приводит во вращение червяк 3 и червячное колесо 4.
С помощью кулачков А на червячном колесе и кулачков Б на вы-
ходном валу вращение с червячного колеса передается на выход-
ной вал 5. Выходной вал снабжен кулачковой муфтой для пере-
дачи крутящего момента арматуре.
Включение ручного привода для управления маховиком 6
производится перемещением валика 8 внутри полого червяка.
14 Д. Ф. Гуревич 209
N>
м
о
Рис. 211. Схема электропривода для больших
моментов с червячным и зубчатым редукторами
Рис. 210. Схема электропривода с червячной
передачей
При этом расцепляется муфта 2 и сцепляется муфта 7, благодаря
чему маховик оказывается сцепленным с червяком, а электро-
двигатель отключенным. Передача движения на коробку путевых
выключателей осуществляется с помощью шестерен и z2.
Кулачки червячного колеса А и выходного вала Б изготовлены
с большим свободным ходом в 30—45°, что позволяет производить
открывание арматуры с использованием инерции ротора электро-
двигателя. На рис. 211 представлен электропривод с червячной
передачей для больших крутящих моментов. Электродвигатель 1
с помощью муфты 2 приводит во вращение червячную пару 3—4.
Вал 5 через зубчатую передачу Z!—z2 и г3—zi передает движение
на выходную муфту 6 для передачи крутящего момента арматуре.
Через муфту 7 в движение приводится коробка концевых выклю-
чателей.
Электропривод, изображенный на рис. 211, отличается от при-
вода на рис. 210 дополнительным редуктором с зубчатой цилин-
дрической передачей. Ручное управление маховиком 8 осущест-
вляется после переключения вала 9, благодаря чему муфтой 2
отключается электродвигатель, а муфтой 10 включается маховик
ручного управления. Ограничение крутящего момента в послед-
них двух электроприводах осуществляется применением реле
максимального тока.
В тех случаях, когда необходимо применение привода с червяч-
ной передачей и муфтой ограничения момента двустороннего дей-
ствия, может быть использована схема, приведенная на рис. 212.
Привод имеет два червячных редуктора. Первый червячный редук-
тор состоит из червяка 1 и червячного колеса 2. Червяк с помощью
кулачковой муфты 3 соединен с электродвигателем 4. С червяч-
ным колесом 2 соединен червяк 5 второго редуктора, сцепленный
с червячным колесом 6. Червячное колесо с помощью кулачка 8
приводит во вращение выходной вал, на котором закреплен
кулачок 7. С помощью шестерен 9 и 10 приводится в движение
червячная передача коробки путевых выключателей.
При повышении крутящего момента сверх установленного чер-
вяк перемещается вдоль оси и сжимает одну из пружин И (в зави-
симости от направления движения шпинделя). Усилие пружин
регулируется гайками 12. При перемещении червяка с помощью
рычага срабатывает выключатель 13 прямого или обратного хода.
Ручное управление осуществляется с помощью маховика 14.
Включение ручного управления производится валиком 15, при
перемещении которого кулачковая муфта 16 сцепляется, а муфта 17
расцепляется.
На рис. 213 приведена конструкция электропривода с червяч-
ной передачей и реле максимального тока (рис. 213, а) или одно-
сторонней муфтой ограничения крутящего момента (рис. 213, б).
Такая конструкция принята как типовая для электроприводов
типа Б, В, Г и Д с червячным редуктором. При применении
14* 211
двусторонней муфты ограничения крутящего момента конструкция
электропривода имеет вид, изображенный на рис. 214, в соот-
ветствии со схемой на рис. 212 (электроприводы типа Б, В и Г).
На рис. 215 показан общий вид электропривода типа Д, предназ-
наченного для крутящих моментов 450—750 кГ-м с червячным
Рис. 212. Кинематическая схема электроприводов типа
Б, В и Г с двусторонней муфтой
и цилиндрическим редукторами и односторонней муфтой ограни-
чения крутящего момента (рис. 211).
В помещениях, где имеется опасность появления горючих или
взрывоопасных сред, применяются конструкции закрытых при-
водов во взрывобезопасном исполнении, в которых все источники
возможного появления электрических искр закрыты специаль-
ными кожухами.
В рассмотренных приводах помимо типов муфт ограничения
крутящего момента, представляет интерес фрикционная муфта
с многодисковым зацеплением, приведенная на рис. 216. Кон-
212
213
Рис. 213. Электроприводы типа Б, В, Г и Д: а —с реле ограничения тока; б — с односторонней муф-
той ограничения крутящего момента
to
I
Рис. 214. Электроприводы типа Б, В и Г с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента
струкция предназначена для плавного выключения и включения
передачи без остановки электродвигателя. Движение от электро-
двигателя передается на шестерню 1, которая через длинную
втулку 2 приводит в движение средний диск 4. С помощью штиф-
тов средний диск связан с внутренними распорными кольцами 5.
Между наружными распорными кольцами 7 и внутренними 5 за-
жаты шарики 8, расположенные в соответствующих выемках.
Наружные распорные кольца связаны штифтами с дисками 3 и 9,
Р ис. 215. Электропривод типа Д с одно-
сторонней муфтой ограничения крутя-
щего момента (общий вид)
Рис. 216. Муфта ограничения крутя-
щего момента с многодисковым сце-
плением
которые с помощью стержней 10 приводят в движение внутренние
диски муфты. Наружные диски связаны с помощью пальцев 6
с чашкой 11, сидящей на выходном валу 12. Пружина 14 сжи-
мает диски муфты и обеспечивает движение от ведомой шестерни 1
к выходному валу 12. При возникновении большого крутящего
момента шарики, преодолевая сопротивление пружины 15, выка-
тываются из выемок, диск 9 опускается, а диск 3 поднимается.
При этом пружина 15 сжимается. С помощью стержней 16 верхний
нажимной диск 13 поднимается. Диски муфты расцепляются, и
передача движения на ведомый вал 12 прекращается. При дальней-
шем вращении ведущей шестерни 1 прямым или обратным ходом
шарики западают в выемку и муфта вновь сцепляется.
Выходные валы электроприводов выполняются либо с кулач-
ковой муфтой, либо с квадратным отверстием.
Примеры компоновки электроприводов на задвижках при-
ведены на рис. 17, 18, 19, 170, 194 и 195. Примеры компоновки
215
электроприводов на вентилях приведены на рис. 8, 116, 184 и 217.
В конструкции, представленной на рис. 184, шпиндель вентиля
приводится во вращение электроприводом с помощью кулачковой
муфты. Скользящая шпонка позволяет шпин-
делю опускаться при винтовом движении.
На рис. 8 представлен электропривод, в кото-
ром с помощью кулачковой муфты вращается
ходовая гайка. Шпиндель имеет только посту-
пательное вертикальное движение. Электро-
привод, показанный на рис. 217, передает
вращение штоку с помощью шлицевого по-
движного соединения. Вентиль имеет разъем-
ный шпиндель.
На рис. 218 показана кон-
струкция привода с реечной
передачей на арматуру. Та-
кая передача применяется,
когда в качестве двигателя
Рис. 217. Компоновка электропривода на
запорном вентиле высокого давления (элек-
тропривод с асинхронным двигателем)
Рис. 218. Компоновка электроприво-
да нарегулирующемклапане(испол-
нительный механизм типа ПР-1)
используется электромоторный исполнительный механизм типа
ПР-1. Выходной вал этого электромоторного исполнительного
механизма имеет медленное вращение и обычно настраивается на
30 сек при повороте выходного вала на 180°. Диапазон настройки
216
от 20 до 240 сек. Крутящий момент на выходном валу Мкр —
= 0,1 кГ-м. Такие приводы пропорционального действия полу-
чают широкое применение для регулирующей арматуры.
В приводах затворов (запорной арматуры) наиболее часто
используются трехфазные асинхронные электродвигатели с по-
вышенным скольжением, в закрытом обдуваемом исполнении
типа АОС, наиболее пригодные для работы при периодической
Рис. 219. Типовые схемы электрических соединений для управления запорной
арматурой: а — задвижками; б — вентилями
ударной нагрузке. Электрическая схема электропривода опре-
деляется условиями работы и предъявляемыми требованиями
к электроприводу. На рис. 219, а и б показаны типовые схемы
управления задвижками и вентилями при использовании муфт
ограничения крутящего момента. При использовании реле макси-
мального тока в цепь электродвигателя вводится реле. Для управ-
ления арматурой предусмотрены три кнопки: «открыть», «закрыть»
и «стоп» (на схемах соответственно КО, КЗ и Стоп). Три сигналь-
ные лампы «открыто», «закрыто», «муфта» (на схемах ЛО, ЛЗ и
ЛМ) позволяют следить за положением арматуры. При нажатии
пусковой кнопки КО — «открыть» замыкается цепь катушки ревер-
сивного магнитного пускателя, при этом главные контакты Во
пускателя включают в сеть электродвигатель ЭД, а блок-контакт Вх
пускателя открытия шунтирует пусковую кнопку; после этого
217
она может быть отпущена. Когда клин задвижки или тарелка
вентиля дойдет до крайнего верхнего положения, сработает
путевой выключатель КВО — концевой микропереключатель
открытия. Он разрывает цепь питания катушки В магнитного
пускателя и замыкает цепь лампы ЛО, что служит сигналом
полного открытия арматуры. Микропереключатели муфты хода на
открывание — ВМО и на закрывание — В М3 предусматривают
возможность выключения электродвигателя при срабатывании
соответствующей муфты. Для закрывания арматуры нажимают на
пусковую кнопку КЗ; при этом замыкается цепь катушки Н
пускателя закрытия и главные контакты пускателя закрытия Но
включают электродвигатель в сторону закрывания, а блок-кон-
такт пускателя закрытия блокирует пусковую кнопку. При
закрытом положении арматуры разрывается цепь катушки Н
магнитного пускателя. В задвижках это осуществляется с по-
мощью концевого микропереключателя закрытия ДВЗ’, в венти-
лях — с помощью муфты ограничения крутящего момента, кото-
рая при сжатии пружины заставляет срабатывать микропереклю-
чатель муфты хода на закрывание, благодаря этому создается при-
нудительное прижатие тарелки к седлу вентиля. Дополнительные
путевые микропереключатели ДВХ и ДВ2 создают возможность
блокировки электропривода с другими агрегатами, установками
или механизмами, связанными с данной арматурой технологи-
ческими связями. Балластное сопротивление БС включено для
увеличения срока службы ламп ЛО и ЛЗ, в цепь лампы ЛМ со-
противление не включается в связи с тем, что она включается отно-
сительно редко и как аварийный сигнал должна иметь повышен-
ную яркость. Одна сигнальная лампа ЛМ может быть установлена
на группу электроприводов.
На электропривод устанавливаются различные путевые вы-
ключатели в зависимости от общего количества оборотов шпинделя
между крайними положениями запорного элемента. При выборе
марки (типа) путевого выключателя необходимо полный ход шпин-
деля между крайними его положениями разделить на шаг резьбы
шпинделя. В результате получается количество оборотов шпин-
деля, по которому для электроприводов типа Б, В и Г подбирается
путевой выключатель, используя данные табл. 16. Для электро-
привода типа Д полученное количество оборотов шпинделя арма-
туры следует умножить на 1,88, так как в электроприводе типа Д
передаточное число между приводным валом электропривода и
ведущим валиком коробки путевых выключателей равно 1,88;
у остальных оно равно единице.
При использовании в качестве ограничительного элемента
реле максимального тока для различных моментов применяют
разные типы реле, данные о которых приведены в табл. 18.
Основные технические данные червячных электроприводов
типов А, Б, В, Г и Д приведены в табл. 19.
218
Таблица 18
Технические данные реле максимального тока
Пределы регули- ровки тока сраба- тывания в а Тип реле Последовательное соединение катушек Параллельное со- единение катушек
Ток в а
Установка тока срабатывания Установка тока срабатывания
0,5—2 РТ 40/2 0,5—1 1—2
1,5—6 РТ 40/6 1,5—3 3—6
2,5—10 РТ 40/10 2,5—5 5-10
5—20 РТ 40/20 5—10 10—20
12,5—50 РТ 40/50 12,5—25 25—50
25—100 РТ 40/100 25—50 50—100
Эксплуатация приведенных выше конструкций электроприво-
дов выявила некоторые их недостатки: большое число оборотов
рукоятки при ручном закрывании и связанное с этим длительное
закрывание вручную и некоторые другие. В настоящее время эти
электроприводы заменяются другими конструкциями, более со-
вершенными — унифицированными, в которых учтены положи-
тельные качества электроприводов ряда конструкций, разрабо-
танных различными заводами и конструкторскими бюро.
Для регулирующей арматуры при малых усилиях и моментах
могут быть использованы электромоторные исполнительные меха-
низмы для двухпозиционного регулирования ДР, ДР-1 и для
пропорционального регулирования ПР и ПР-1. В исполнительных
механизмах ДР и ДР-1 (рис. 220, а) электродвигатель 1 с помощью
зубчатой передачи приводит во вращение вал редуктора 2. Ползун
блокирующего устройства <3 соединен с валом 2 и находится на
контакте 4 или 5. Когда замыкается контакт 8 на минимум авто-
матического позиционного регулятора, начинает вращаться элек-
тродвигатель и приводится во вращение ползун 3. Когда он сходит
с контакта 4 и соприкасается с токонесущей пластиной 6, блоки-
руется контакт регулятора и таким образом цепь электродвигателя
оказывается замкнутой независимо от замыкания контакта 4.
Когда ползун сделает половину оборота, он сойдет с пластины 6
на контакт 5 и электродвигатель остановится, сделав поворот
ведущего диска на 180° в сторону открывания арматуры. При
включении контакта 8 на максимум ведущий диск повернется
в обратную сторону на полоборота, при этом используется токо-
несущая пластина 7.
На рис. 220, б показан внешний вид и габаритные размеры
исполнительного механизма типа ДР-1. Он может работать только
при горизонтальном положении оси электродвигателя.
219
Таблица 19
Основные технические данные червячных электроприводов
типов А, Б, В, Г и Д
Тип элек- тро- при - вода Макси- мальный крутящий момент в кГ'М Число оборотов привод- ного вала в об/мин Способ ограничения крутящего момента Тип и мощность электро- двигателя в кет
А 2,5 12 Муфта двусторонняя ФТ—0,10/2 0,1
8,0 12 » »
12,5 60 Реле тока АОС 31—4Ф2 0,6
25 60 » » АОС 32—4ФА 1,0
15 60 Муфта односторонняя АОС 31—4Ф2 0,6
Б 25 60 » » АОС 32—4Ф2 1,0
16 16,5 » двусторонняя АОЛ 21—4ФЗ 0,27
25 16,5 » » АОЛ 22—4ФЗ 0,4
45 50 Реле тока АОС 41—4Ф2 1,7
80 50 » » АОС 42—4Ф2 2,8
в 45 50 Муфта односторонняя АОС 41—4Ф2 1,7
80 50 » » АОС 42—4Ф2 2,8
в 50 12,5 Муфта двусторонняя АОС 31—4Ф2 0,6
100 12,5 » » АОС 32—4Ф2 1,0
140 47 Реле тока АОС 51—4Ф2 4,5
225 47 » » АОС 52—4Ф2 7,0
140 47 Муфта односторонняя АОС 51—4Ф2 4,5
г 225 47 » » АОС 52—4Ф2 7,0
160 11,5 » двусторонняя АОС 40—4Ф2 1,7
300 11,5 » » АОС 42—4Ф2 2,8
450 13 Реле тока АОС 51-4Ф2 4,5
750 13 АОС 52—4Ф2 7,0
Д 450 13 Муфта односторонняя АОС 51—4Ф2 4,5
750 13 » » АОС 52—4Ф2 7,0
220
Чаще используется исполнительный электромоторный меха-
низм пропорционального действия типа ПР-1; он состоит из ре-
версивного электродвигателя, редуктора, реостата обратной связи
и конечных выключателей, смонтированных в алюминиевом
корпусе. Число оборотов двигателя 1500 об/мин, мощность 60 впг.
Концевые выключатели позволяют устанавливать угол поворота
выходного вала от 0 до 180°. Продолжительность поворота выход-
ного вала на 180° также можно изменять. На выходном валу наса-
Рис. 220. Схема электрических соединений (а) и габарит-
ные размеры (б) исполнительного механизма типа ДР-1
жен диск, с помощью которого приводится в действие арматура.
При вращении выходного вала изменяется сопротивление реостата
обратной связи по углу поворота (рис. 221). Исполнительный меха-
низм ПР-1 включается в систему пропорционального автомати-
ческого регулирования, в которой имеется автоматический потен-
циометр или уравновешенный мост с реостатным регулирующим
устройством и специальный прибор — балансное реле. Движок
реостата регулирующего устройства перемещается в сторону
равновесия измерительной системы (в случае нарушения его) при
отклонении регулируемого параметра от заданного значения.
На рис. 221, а обозначены: А и Б — регулирующее устрой-
ство и его реостат, В и Г — исполнительный механизм и его рео-
стат, Д — реверсивный двигатель исполнительного механизма,
Е — балансное реле, Ж — контактирующая пластина, Н и К —
контакты цепи питания катушек Л и М. балансного реле, Н' и К' —
221
контакты обмотки статоров, Л' и М' — катушки цепи питания, О—
сердечник балансного реле, О' — сердечник реле питания.
Когда регулируемый параметр соответствует заданному зна-
чению, движок реостата регулирующего устройства и движок
Рис. 221. Схема электрических соединений (а) и габаритные
размеры (б) исполнительного механизма типа ПР-1
реостата исполнительного механизма занимают среднее положе-
ние. При отклонении регулируемого параметра от заданного
значения движок реостата регулирующего устройства смещается
со среднего положения, включая цепь питания обмотки одного
из статоров. После этого электродвигатель будет вращаться до
тех пор, пока не установится равновесие электрической системы
реостата регулятора и реостата исполнительного механизма.
222
Число конструкций приводов арматуры и исполнительных ме-
ханизмов быстро возрастает. Для удовлетворения требований,
выдвигаемых условиями эксплуатации арматуры, проектируются
и применяются приводы с различными сочетаниями кулачков,
пружин и электрических узлов — реле и выключателей. В некото-
рых зарубежных конструкциях в качестве одного из составных
элементов привода используют также обгонные муфты. Быстро
растет также число конструкций приводов арматуры как для по-
зиционного, так и для пропорционального регулирования, так
называемых исполнительных механизмов: ИМ — исполнительный
механизм, БИМ — бесконтактный исполнительный механизм,
ИМИ — импульсный исполнительный механизм, ИМТ — испол-
нительный механизм с электромагнитным тормозом, который
предназначен для арматуры, требующей для управления значи-
тельных моментов. Так, например, номинальный момент на вы-
ходном валу ИМТ — от 6 до 100 кГ-м, пусковой момент 8—
150 кГ-м. Время одного оборота выходного вала 30—120 сек.
В конструкцию ИМ входит электродвигатель, шестеренчатый
редуктор, конечные выключатели и реостат обратной связи. Ко-
нечные выключатели используются для ограничения наибольшего
угла поворота выходного вала; регулировка наибольшего угла
поворота осуществляется специальными перемещаемыми кулач-
ками. При отклонении регулируемого параметра от заданного
положения в ту или иную сторону ползунок реостатного датчика
измерительного устройства регулятора сместится, что вызовет
рассогласование входного моста регулятора и в диагонали моста
возникнет напряжение. Замкнется командный контакт реле регу-
лятора, и вал электродвигателя исполнительного механизма
начнет вращаться в таком направлении, при котором изменение
регулирующего органа уменьшает отклонение регулируемого
параметра от заданного значения. Ползунок реостата обратной
связи исполнительного механизма будет также перемещаться
в сторону уменьшения величины рассогласования входного моста
регулятора и, когда рассогласование станет близким к нулю,
замкнутый командный контакт реле регулятора разомкнется и
электродвигатель исполнительного механизма остановится. Каж-
дому значению отклонения регулируемого параметра соответ-
ствует определенное положение ползунка реостата обратной связи,
а следовательно, и определенное положение регулируемого ор-
гана. Исполнительные механизмы имеют также ручное управление
с указателем степени открытия регулируемого органа.
Бесконтактные исполнительные механизмы типа БИМ работают
в системах автоматического регулирования комплектно с бескон-
тактными регулирующими устройствами типа БРУ и различными
измерительными устройствами, "имеющими реостатные датчики.
При работе этих исполнительных механизмов для управления
используются электрические схемы с применением электроники.
223
4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД
С развитием химии, атомной техники и других новых отраслей
промышленности все большее значение приобретает обеспечение
надежной внешней плотности арматуры. В настоящее время для
агрессивных жидкостей, радиоактивных и некоторых других сред
в качестве затворов используются вентили с сильфонным уплот-
нением шпинделя. Задвижки для этих целей не применяются из-за
малого хода, допускаемого сильфонами. Кроме того, сильфон
имеет сравнительно малый срок службы, исчисляемый иногда
несколькими тысячами ходов. Новые широкие возможности от-
крываются применением бесконтактного метода управления арма-
турой, при котором ротор электродвигателя, помещенный внутри
полости арматуры (например, задвижки), отделен стенкой от
статора и приводится в движение путем использования индуктив-
ного поля. В таких конструкциях отпадает надобность в сальни-
ках и сильфонах. Первый шаг в этом направлении был сделан
созданием электромагнитных клапанов.
На рис. 222 приведены две конструкции фланцевых клапанов
с электромагнитным управлением. В клапанах с электромагнит-
224
НЫм приводом среда подается «на клапан». Эти клапаны, Имею-
щие Dy — 254-40 мм, предназначены для работы на аммиаке
или на фреоне при Рраб = 13 кПсм?. Электромагнитный привод
рассчитан на длительный режим работы и может изготовляться
для постоянного тока напряжением ПО или 220 в и переменного
тока напряжением 127, 220 и 380 в. Потребляемая мощность при
постоянном токе — до 200 вт. При включении тока сердечник
магнита втягивается в катушку и клапан открывается. Чтобы
уменьшить усилие, необходимое для подъема тарелки клапана,
имеется разгрузочный клапан, который открывается при подъеме
сердечника. При этом над поршнем уменьшается давление и под
действием усилия на поршне, создаваемого перепадом давлений
и усилия на сердечнике, тарелка клапана поднимается вверх.
При выключении тока перепускной клапан закрывается и тарелка
клапана опускается под влиянием веса деталей подвижной си-
стемы и перепада давлений, действующих в направлении закры-
тия клапана. Для ручного управления служит винт, расположен-
ный в нижней части корпуса.
На рис. 222, б приведен электромагнитный клапан с защелкой.
Диаметры прохода вентилей Dy = 25-7-70 мм. Рабочее давление
Рраб = 16 кПсм? для проходов 25—50 мм и Рраб = 6 кПсм2
для клапана проходом 70 мм. Эти клапаны с электромагнитным
приводом применяются для воды и газообразных сред при тем-
пературе до 150° С. Привод имеет главный электромагнит для
управления сердечником и электромагнит защелки для управле-
ния замком. Электромагниты постоянно отключены от сети и
включаются только для производства переключений клапана.
Отключение производится с помощью путевых выключателей.
Электромагниты предназначены для работы от постоянного тока
ПО или 120 в, при работе на переменном токе 220 в применяется
селеновый выпрямитель. Главный электромагнит потребляет мощ-
ность не более 600 вт; электромагнит защелки — не более 300 вт.
Для ручного управления служит рукоятка, с помощью которой
поворачивается рычаг, поднимающий тарелку клапана.
При включении тока сердечник втягивается внутрь электро-
магнита, открывает разгрузочный клапан и поднимает тарелку
клапана. По достижении верхнего положения срабатывает за-
щелка и не дает сердечнику опуститься вниз. Подвижная система
остается в подвешенном положении и находится под действием
веса подвешенных деталей и усилия сжатой пружины, располо-
женной в нижней части сердечника. Для закрытия клапана вклю-
чается электромагнит защелки, и подвижная система опускается
вниз, закрывая седло клапана.
На рис. 223 показан вентиль с электромагнитным приводом и
мембраной Dy => 50 мм на рабочее давление до Рраб = 16 кПсм*.
Тарелка клапана соединена с мембраной, повышающей чувстви-
тельность клапана. Применение мембраны создает возможность
15 Д. Ф. Гуревич 225
адежной работы клапана при малых перепадах давления (до
0,2 кПсм.2). Открывание клапана осуществляется давлением
среды на площадь тарелки. При этом управляющий клапан
находится в закрытом положении, а давление над мембраной по-
степенно снижается, так как надмембранная полость соединена
каналом в направляющем стержне и отверстием в тарелке клапана
с полостью за клапаном. При закрывании клапана соединитель-
ный канал открывается электромагнитом, и над мембраной соз-
Рис, 223. Клапан с электромагнитным при-
водом и с мембраной
дается давление на пло-
щади большей, чем пло-
щадь тарелки клапана.
Электромагниты,исполь-
зуемые для управления
клапанами, могут быть тя-
нущего или толкающего ти-
па, но обычно использу-
ются электромагниты тяну-
щего типа. Электромагниты
могут быть использованы
как для постоянного, так
и для переменного тока,
напряжением 127, 220, 380
и 500 в. По характеру на-
грузки электромагниты мо-
гут предназначаться для
длительного режима рабо-
ты (ПВ 100%) или повтор-
но-кратковременного ре-
жима (ПВ 10%) на 400
циклов в час при увели-
ченномтяговомусилии. Без
ущерба для нормальной
работы электромагнитов допускается колебание напряжения в пре-
делах +5% 4—15% от номинального. Электромагниты, рассчи-
танные на длительный режим работы (ПВ 100%), могут использо-
ваться и на повторно-кратковременном режиме при номинальном
тяговом усилии и при определенном числе включений. Для элект-
ромагнитов переменного тока серии ЭС1 (ПВ 100%) наибольшее
тяговое усилие создается при полном втягивании якоря в катушку,
при смещении якоря на 10 мм тяговое усилие снижается при-
мерно вдвое. Электромагниты рассчитаны для установки в верти-
кальном положении — якорем вниз, однако допускается установка
и якорем вверх. Во время эксплуатации трущиеся поверхности
якоря и направляющих латунных скоб должны периодически сма-
зываться тонким слоем технического вазелина.
Электросхемы управления клапаном с электромагнитным при-
водом и защелкой приведены на рис. 224: для постоянного тока
226
220 в (рис. 224, а) и переменного тока 220 в (рис. 224, б). На схе-
мах приняты следующие обозначения: О и 3 — кнопки «Открыть»
и «Закрыть»; ЭГ и ЭЗ — электромагниты главный и защелки;
Л — сигнальная лампа; КГ — контакт главного электромагнита;
КЗО — контакт защелки нормально открытый; КЗЗ — контакт за-
щелки нормально закрытый; R — разрядное сопротивление;
СВ — селеновый выпрямитель; П—предохранитель.
Электромагнитный привод арматуры получает распростране-
ние благодаря возможности использования его в системах элек-
Рис. 224. Схемы электрических соединений для управления кла-
панами с электромагнитным приводом с защелкой: а — для по-
стоянного тока; б — для переменного тока
трического управления и в связи с быстрым срабатыванием.
Арматура с электромагнитным приводом используется не только
как запорный орган, но применяется и для целей управления
работой механизмов с пневматическим или гидравлическим при-
водом. В последнем случае электромагнитный привод управляет
трехходовым клапаном либо золотниковым устройством. Такие
конструкции называются распределителями. Распределитель мо-
жет иметь один либо два электромагнита управления.
Глава III. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ
ПРИВОДЫ
1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПОРШНЕВОЙ ПРИВОД
Наиболее важными достоинствами поршневого привода, яв-
ляются: возможность использования энергии рабочей среды,
транспортируемой по трубопроводу при коротких коммуникациях,
простота конструкции и ограниченное число необходимых дета-
лей. При применении поршневого привода ограничение усилия
15* 227
достигается наиболее простым методом — ограничением давления
в приводе. Поршневой привод позволяет создавать большой ход
и большие усилия при поступательном движении. Благодаря
этим качествам поршневой приводна многих производствах исполь-
зуется для механизации и автоматизации управления задвиж-
ками и вентилями. Многие конструкции арматуры с ручным при-
Рис. 225. Гидропривод для парал-
лельной задвижки
водом сравнительно просто могут
быть переоборудованы на управле-
ние с помощью поршневого при-
вода путем использования подруч-
ных материалов. Так, например,
для цилиндров поршневых приво-
дов низкого давления в некоторых
случаях используют асбоцемент-
ные трубы, предварительно рас-
шлифованные и доведенные до нуж-
ного размера. Трубы дешевы и не
корродируют при работе на воде.
Для обеспечения прочности в этих
приводах, например для задвижек
ЗОчб (типа«Лудло»), верхняя и ниж-
няя крышки цилиндра стягиваются
сквозными шпильками, располо-
женными снаружи цилиндра. При-
мер модернизированной конструк-
ции задвижки ЗОчб для перевода
ее с ручного управления на гидро-
привод показан на рис. 225. Для
уплотнения зазора между порш-
нем и цилиндром гидропривода
обычно применяются резиновые
манжеты.
На рис. 11 показан клапан
с гидроприводом, а на рис. 20 —
задвижка с гидроприводом. Порш-
невые приводы, установленные на
этих конструкциях, двустороннего действия, среда подается
попеременно на разные стороны поршня. Движение от поршня
на арматуру передается штоком привода, уплотнение штока осу-
ществляется сальниковым устройством. Регулировка скорости
закрывания арматуры осуществляется дроссельным устройством,
включенным в подводящую или отводящую линию гидропривода.
Поршневой привод используется также и в регулирующей
арматуре (см. рис. 56 и 160) и в предохранительной арматуре
(см. рис. 74 и 173).
Конструкция задвижки с внутренним бессальниковым гидро-
приводом изображена на рис. 226. Для открывания и закрыва-
228
Рис. 226. Задвижка с внутренним бессальниковым гидроприводом (а) и
схема управления задвижкой (6);
1 — задвижка; 2 — трехходовой клапан; 3 — вентиль управления
229
Рис. 227. Гидропривод для клапана с
фиксацией крайних положений шари-
ковыми замками
ния задвижки в этой конст-
рукции использованы два
поршня одностороннего
действия,встроенные в кор-
пусе, управляемые давле-
нием среды из постороннего
источника или среды, тран-
спортируемой по трубопро-
воду. Все приводы армату-
ры, как правило, имеют
ручной привод для управ-
ления арматурой в аварий-
ных условиях; недостатком
этой конструкции является
отсутствие ручного дубле-
ра для управления задвиж-
кой.
Недостатком поршнево-
го привода (гидропривода
п пневмопривода) является
необходимость силового за-
мыкания системы для удер-
жания арматуры в откры-
том или закрытом положе-
нии (крайних положениях).
При отсутствии давления
в гидроприводе, показан-
ном на рис. 225, задвижка
может самопроизвольно
закрыться под действием
веса деталей, связанных со
шпинделем. Клапан может
открыться под действием
давления под тарелкой кла-
пана при отсутствии давле-
ния в поршневом приводе,
либо закрыться под дейст-
вием веса шпинделя и свя-
занных с ним деталей. Для
того чтобы иметь строго
фиксированные крайние
положения клапана, разра-
ботана конструкция пор-
шневого гидропривода
с шариковыми замками
(рис.227). В средней верти-
кальной гильзе размещены
230
два ряда шариков, из которых верхний ряд фиксирует нижнее поло-
жение тарелки клапана, нижний—верхнее положение. Шарики,
западая в соответствующую кольцевую канавку подпружиненного
стакана, удерживают шпиндель в нужном положении, будучи
заблокированы кольцевой обоймой. При движении поршня вверх
верхнее кольцо освобождает верхние шарики, которые выходят
из выточки стакана, а нижнее кольцо блокирует нижние шарики,
удерживая их в кольцевой канавке, и тем фиксирует верхнее
положение поршня и шпинделя.
Обычный гидропривод не приспособлен для точной фиксации
промежуточных положений арматуры; чтобы обеспечить точную
Рис. 228. Гидропривод для регулирующих клапанов
регулировку положения тарелки клапана, можно применить гидро-
привод конструкции, изображенной на рис. 228, который отли-
чается применением резьбовой пары. С помощью поршня переме-
щается рейка, сцепленная с шестерней, насаженной на гайку.
При вращении гайки перемещается шпиндель. Таким путем соз-
даются большие усилия на шпинделе при малых и точно фикси-
рованных его перемещениях.
В ряде случаев поршневое устройство используется в арма-
туре как гидравлический тормоз (см. рис. 74 и 173) для обеспече-
ния плавного срабатывания механизма и устранения ударов
тарелки клапана по седлу.
Гидравлический поршневой привод успешно применяется для
управления дисковыми затворами — круглыми дисковыми за-
слонками большого диаметра.
2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕМБРАННЫЙ ПРИВОД
При гидравлическом управлении арматурой наиболее часто
применяется поршневой привод, мембранный гидравлический
привод используется лишь в регуляторах прямого действия, когда
рабочей средой является жидкость. В этом случае чаще всего
231
применяются резиновые мембраны, но в некоторых случаях и метал-
лические, которые обычно работают не в качестве силового эле-
мента, а в качестве чувствительного и управляющего элементов
(пилотное устройство). Для коррозионных и агрессивных сред
применяются мембраны из пластмасс (фторопласты и пр.).
3. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОРШНЕВОЙ ПРИВОД
Гидравлические поршневые приводы не могут обеспечить бы-
строго срабатывания арматуры. В некоторых же случаях срабаты-
вание должно происходить в доли минуты, а иногда и менее се-
кунды; в этом случае для управления арматурой используется
сжатый воздух (или пар). Сжатый воздух используется для управ-
ления как запорной арматурой, так и регулирующей. Когда ход
клапана небольшой, применяется мембранный привод, и лишь
при больших перемещениях применяется поршневой. Поршень
при газообразной рабочей среде имеет манжеты либо поршневые
кольца.
На рис. 20 приведена конструкция поршневого привода с внут-
ренним сальником, пригодная лишь в тех случаях, когда в приводе
используется рабочая среда, транспортируемая в трубопроводе,
и незначительная протечка среды в трубопровод через задвижку
существенного значения не имеет, так как при открытой задвижке
среда проходит свободно, а при закрытой — может поступать из
сальника привода лишь в полость крышки, отделенную от трубо-
провода клином. Труднодоступный сальник в этих условиях не
требует тщательного ухода.
В тех случаях, когда используется не среда, транспортируемая
в трубопроводе, а сжатый воздух высокого давления или масло
системы управления, сальник должен быть выполнен таким обра-
зом, чтобы можно было обеспечить систематический уход за его
состоянием. В этом случае цилиндр привода отделяют от крышки
стойками (см. рис. 11) и вместо одного общего сальника делают два
(для арматуры и для привода отдельно).
Пневматический поршневой привод может быть применен и для
управления арматурой пфи вращении шпинделя или ходовой гайки.
Поршень снабжается зубчатой рейкой, которая сцепляется с ше-
стерней, сидящей на вращаемом валу. Такая передача используется
для управления кранами (см. рис. 30) и вентилями (см. рис. 160).
Пневматический поршневой привод крана со смазкой Dy =
== 80 мм на условное давление Ру = 16 кПсм- без реечной зуб-
чатой передачи показан на рис. 229. Вместо зубчатой реечной пере-
дачи здесь применен шатунно-кривошипный механизм. Шатун
связан со штоком цилиндра, а кривошип с пробкой. При повороте
пробки крана цилиндр привода также поворачивается на неко-
торый угол. Необходимое давление воздуха в цилиндре этого
привода Р = 5-7-8 кПсм\
232
Рис. 229. Пневматический поршневой привод крана со смазкой
233
Для управления кранами больших диаметров прохода тре-
буются значительные крутящие моменты, что вызывает необхо-
димость повышенных давлений воздуха в силовом цилиндре —
свыше 10 кПсм2. В этом случае работа привода становится не-
устойчивой: движение происходит неравномерно — рывками.
Чтобы устранить этот недостаток, используют гидроприставки,
с помощью которых работу силовых цилиндров переводят на
жидкость. Это улучшает динамические свойства привода, причем
5)
Рис. 230. Схемы четырехцилиндровых приводов: а — с зубчатой передачей;
б — с рычажной передачей;
/ — насос; 2 — цилиндр привода; 3 — линия под давлением; 4 — зубчатая (рычажная)
передача; 5 — линия слива; 6 — распределитель
источником энергии остается сжатый газ. Схема работы при-
вода с четырьмя цилиндрами для управления краном приве-
дена на рис. 230.
В некоторых случаях возникает необходимость сблокировать
управление двумя элементами, например задвижкой и захлопкой,
как это представлено на рис. 231, а. При открывании задвижки 1
здесь принудительно открывается захлопка 4, расположенная
на приемо-раздаточном патрубке внутри резервуара. Такие устрой-
ства применяются для дистанционного управления приемо-разда-
точными операциями в резервуарных парках нефтеперерабаты-
вающих заводов и нефтебаз.
Задвижка (JDy = 200 мм) имеет выдвижной шпиндель и вра-
щаемую гайку, снабженную выходом с кулачковой муфтой. Муфта
передает вращение промежуточному приводу заслонки, закре-
пленному на кронштейне над задвижкой. При открывании за-
движки полый шток промежуточного привода с закрепленным на
нем подвижным блоком опускается вниз и таким образом пере-
мещает трос 2. Трос направляется верхними блоками, проходит
через гидравлический затвор 3 и, поворачивая тарелку захлопки 4,
открывает ее.
234
Рис. 231. Сблокированный привод управления задвижкой и захлопкой:
а — схема работы привода; б — промежуточный привод
235
Шпиндель 2 промежуточного привода (рис. 231, б) получает
вращение от кулачковой муфты 1. Благодаря неподвижной гайке 4
полый шток 5 получает поступательное движение и перемещает
подвижной блок, закрепленный на его верхнем конце. Механизм
промежуточного привода расположен в корпусе 3, установленном
на кронштейне, закрепленном на стенке резервуара.
В случае необходимости ручного управления, например при
несрабатывании привода задвижки, наружный конец троса отсоеди-
няется и с его помощью управление захлопкой производится
вручную.
4. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МЕМБРАННЫЙ ПРИВОД С РЕЗИНОВОЙ
МЕМБРАНОЙ
В трубопроводной арматуре широко распространен мембран-
ный привод с резиновой мембраной. Мембраны изготовляются из
резины толщиной 2—4 мм с тканевой прокладкой или без про-
кладки. По форме сечения мембрана может быть плоской, плоской
собранной и формованной (рис. 232). Плоская и плоская собранная
мембраны изготовляются из листовой резины. В плоской мембране
отверстия под болты и на фланцах совпадают. Плоская собранная
мембрана имеет отверстия под болты, расположенные по окружно-
сти большего диаметра, чем во фланце, благодаря этому при уста-
236
новке мембраны в привод она приобретает вогнутую форму
Формованная мембрана приобретает вогнутую форму при изго-
товлении ее в прессформе; она имеет наименьшую жесткость,
следовательно, обладает наиболее целесообразной формой. Во
всех случаях передача усилия с мембраны на шток осуществляется
с помощью опорного диска или грибка, образующего для мембраны
опорную площадку.
Наиболее широко мембранный привод с резиновой мембраной
применяется в регулирующей арматуре, где он носит назва-
ние пневматического мембранного исполнительного механизма
(рис. 232, г). С его помощью производится перемещение и уста-
новка регулирующего (дросселирующего) элемента — плунжера
в соответствии с сигналом, поступающим от командного устройства.
Пневматический мембранный исполнительный механизм может
работать с пружиной или без нее, по этому признаку мембранные
исполнительные механизмы подразделяются на пружинные и бес-
пружинные.
В пружинных пневматических мембранных исполнительных
механизмах сжатый воздух перемещает мембрану, а опорный
диск или грибок, опускаясь, сжимает пружину возврата. Обратный
ход совершается под действием пружины. В беспружинных меха-
низмах перемещение мембраны и грибка в обе стороны осуще-
ствляется сжатым воздухом, газом или жидкостью, либо с по-
мощью груза.
В зависимости от характера движения пневматические мембран-
ные исполнительные механизмы можно разделить на прямоход-
ные — с выходным штоком, совершающим возвратно-поступа-
тельное движение, и с колебательным движением выходного ры-
чага. Первые применяются часто, вторые — редко.
Для управления приводами с резиновой мембраной приме-
няется командное давление воздуха 0,2—1,0 кПсм2.
Стандартом (ГОСТ 9887—61) установлены размеры мембран
и ходов привода пневматических и мембранных исполнительных
механизмов, приведенные в табл. 20.
Диаметр опорного диска d составляет 0,75—0,85£>.
В приводах без позиционного реле, при рассогласовании в 1 %
действительного перемещения выходного звена и перемещения,
соответствующего давлению сжатого воздуха при данном поло-
жении, минимальное усилие, развиваемое приводом, должно быть
не менее указанного в табл. 21.
Привод должен обеспечивать пропорциональную (линейную)
зависимость между командным давлением и ходом. Максималь-
ные отклонения от линейной зависимости по абсолютной вели-
чине не должны превышать 4% от полного рабочего хода штока.
Конструкция мембранных исполнительных механизмов должна
допускать возможность установки позиционного реле, пневмати-
ческих или электрических конечных выключателей. Привод
237
Таблица 20
Расчетный диаметр заделки и рабочий ход мембраны
(по ГОСТу 9887—61)
Расчетный диаметр заделки мембраны D в мм 125 160 200 250 320 400 500
Полный рабочий ход вы- 4 4 — —. — — —
ходного звена h в мм 6 6 6 — — — —.
10 10 10 10 — — —
16 16 16 16 16 — —
— 25 25 25 25 25 25
— — 40 40 40 40 40
— — — 60 60 60 60
— — — — — 100 100
Таблица 21
Минимальное усилие привода при рассогласовании хода в 1%
Расчетный диаметр за- делки мембраны D в мм 125 160 200 250 320 400 500
Минимальное усилие Qmln в кГ 0,63 1,0 1,6 2,5 4,0 6,3 10
должен иметь указатель хода со шкалой. При ходе штока более 16л.и
цена деления должна быть равна 10% от полного рабочего хода,
при величине хода штока 6—16 мм включительно цена деления
шкалы равна 25% от полного хода.
Привод должен работать нормально в любом положении при
температуре от —30 до +50° С. Полость привода должна быть
рассчитана на давление Ру — 2,5 кПсм2 и Ру — 4 кПсм2. Гидра-
влическое испытание на прочность стенок полости привода про-
изводится соответственно при давлении 4 и 6 кГ/см2. Предвари-
тельное сжатие пружины устанавливается таким, чтобы движение
штока начиналось при давлении на мембрану Р = 0,2 ±
± 0,05 кПсм2.
На рис. 53 показаны пневматические мембранные приводы
с грузовым нагружением, применяемые в регуляторах давления
прямого действия «после себя» и «до себя».
На рис. 48 и 49 приведены конструкции пневматических мем-
бранных механизмов с пружиной, применяемые в регулирующих
клапанах.
При сжатии пружины возникает крутящий момент и, чтобы
этот момент не оказал влияния на характеристику пружины, для
опоры пружины сжатия обычно используется шариковый упорный
238
подшипник. Сальники регулирующих клапанов делаются со смаз-
кой, а шпиндель применяют минимального диаметра, чтобы
уменьшить силу трения, создающую нечувствительность меха-
низма.
В конструкциях пневматических мембранных приводов, при-
веденных на рис. 48 и 49, для перехода со схемы НО на схему НЗ
необходимо снимать верхнюю и нижнюю крышки корпуса и пере-
ворачивать плунжер, устанавливая его в обратном направлении.
В конструкциях приводов регулирующих клапанов, показанных
на рис. 108, использован другой принцип. Плунжер сохраняет
постоянное положение и в зависимости от схем НО и НЗ конструк-
ция привода имеет свои особенности. Недостатком этого способа
является увеличение числа конструкций приводов.
Более целесообразно осуществлен переход со схемы НО на
схему НЗ путем реверсирования движения привода в угловых регу-
лирующих клапанах, показанных на рис. 233. (Они предназна-
чены для работы при Ру = 64 кПсм? и при t sg 350° С. Условные
диаметры Dy = 6ч-25 мм. Для уменьшения влияния температуры
сальник вынесен далеко от полости среды, а крышка снабжена
охлаждающими ребрами.) В клапанах НО пружина верхним кон-
цом упирается в опорный диск мембраны, а нижним — во втулку,
239
ввинченную в бугель и образующую неподвижную опору
(рис. 233, а). В клапанах НЗ пружина верхним концом упи-
рается в неподвижную чашку, а нижним — во втулку, навинчен-
ную на шпиндель (рис. 233, б). Таким образом, в клапанах НО
шпиндель приводится в движение верхней частью пружины,
Рис. 234. Пневматический мембранный
привод для поворотных заслонок
отжимающей его вверх; в клапанах НЗ — нижней частью, отжи-
мающей его вниз. Подача воздуха в клапанах НО производится
в верхнюю полость мембраны, в клапанах НЗ — в нижнюю.
Сами регулирующие клапаны, работающие по схемам НО и НЗ,
ничем друг от друга не отличаются.
Наиболее удачное решение задачи реверсирования направле-
ния действия привода для работы клапанов по схемам НО и НЗ
представлено в регулирующем клапане,изображенном на рис. 121.
При работе по схеме НО нижняя часть пружины упирается через
240
подвижную гильзу в корпус привода, а верхняя часть — в шпин-
дель с помощью упорной шайбы и двух стопорных гаек. При ра-
боте по схеме НЗ пружина верхним концом упирается в непо-
движное резьбовое кольцо с помощью упорного фланца, а ниж-
ним — в шпиндель через подвижную гильзу и две стопорные
гайки. При этом решении не требуется никаких дополнительных
деталей для перехода со схемы НО на схему НЗ.
На рис. 234 приведена конструкция пневматического мембран-
ного исполнительного механизма,
зована для одной или двух пово-
ротных заслонок, либо для другой
арматуры, управляемой поворотом
ведущего вала. Представленная
конструкция предназначена для
управления двумя многостворча-
тыми заслонками. Последние с по-
мощью тяг соединены с рычагами,
концы которых снабжены ролика-
ми и скользят по профилированной
поверхности кулачка. Шток мемб-
ранного пневматического привода
поворачивает зубчатый сектор,
сцепленный с шестерней, сидящей
на оси ролика. При перемеще-
нии штока поворачивается сектор,
при этом поворачивается кулачок,
управляющий рычагами, нетворки
заслонок занимают необходимое
которая может быть исполь-
Рис. 235. Лопастной пневмогидро-
привод:
1 — лопасть; 2 — корпус привода;
3 — упор
положение.
Как поршневой, так и мембранный привод создают поступатель-
ное движение, преобразование его во вращательное осуществ-
ляется применением реечно-зубчатых либо рычажно-поворот-
ных механизмов. Весьма заманчива перспектива создания гидро-
или пневмопривода для арматуры, который обеспечивал бы
вращательное движение на выходном валу. Во многих случаях
(краны, заслонки и др.) для управления арматурой достаточен пово-
рот выходного вала на 90°. Это может быть обеспечено применением
лопастного привода, схема работы которого приведена на рис. 235.
Поворот вала привода происходит при подаче воздуха или воды
с одной «тороны лопасти. Несмотря на простоту конструкции
лопастной привод не получил распространения ввиду сложности
обеспечения плотности между корпусом и лопастями. Эта кон-
струкция может быть использована и как гидравлический тормоз
для предотвращения удара в обратных поворотных клапанах (за-
хлопках) и в других случаях.
16 Д. Ф. Гуревич
241
5. ПОЗИЦИОННОЕ РЕЛЕ
Для высококачественной работы мембранного исполнитель-
ного механизма необходимо, чтобы его порог чувствительности был
низким, т. е. он должен отзываться на малейшее изменение давле-
ния воздуха. Между тем наличие сил трения в сальнике, а также
между седлом и плунжером (в связи с возможным прижатием
плунжера боковой струей в корпусе клапана) и жесткость мем-
браны создают условия, при которых не всякое увеличение давле-
ния вызовет изменение положения плунжера. Чтобы плунжер
переместился в новое положение, необходимо такое увеличение
Рис. 236. Принципиальные схемы
работы позиционных реле: а — реле
с рычажной передачей; б — реле
с пружиной
S)
Командное I | Рабочее
давление I J давление
С от регулятора) Сжатый ( из сети)
давления на мембране, которое создает приращение усилия больше
силы трения. Для перемены направления движения плунжера
необходимо на штоке изменить усилие на величину, вдвое большую
силы трения.
Для малых перемещений на мембране создается малое измене-
ние давления. Так, например, для изменения хода штока на 1%
командное давление на мембране изменится на 0,008 кПсм2, что
создает небольшую перестановочную силу. Помимо этого, при
работе регулирующего клапана на больших перепадах давлений
неизбежная статическая и гидродинамическая неуравновешен-
ность плунжера создает дополнительные усилия вдоль плунжера,
изменяющиеся в зависимости от режима работы регулирующего
клапана. Все эти явления искажают зависимость между ходом и
давлением и вызывают соответствующие искажения изменений
регулируемого параметра по отношению к величине командного
давления воздуха.
Для ликвидации или уменьшения влияния этих нежелатель-
ных явлений применяются позиционные реле (позиционеры).
Используя вспомогательные источники с повышенным давлением
воздуха (до 2 кПсм2), эти реле в случае несоответствия положения
штока привода командному давлению повышают давление на
мембране до тех пор, пока это несоответствие не будет устранено.
242
Принципиальная схема позиционного реле с рычажной пере-
дачей приведена на рис. 236, а. На мембрану регулирующего
клапана подается сжатый воздух из сети давлением до 2 кПсм?.
Изменение давления на мембране производит позиционное реле
в зависимости от командного давления, подаваемого регулятором
(левое плечо рычага), и положения штока привода (правое плечо
рычага). Сжатый воздух из сети подается в камеру 1, откуда он
поступает в мембранный исполнительный механизм. Регулирова-
ние давления на мембране осуществляет клапан 2, имеющий верх-
нее и нижнее седла. Нижним седлом регулируется подача сжатого
воздуха, верхним — выпуск его в атмосферу.
Так как над мембраной полость закрыта, то в установившемся
положении регулирующего клапана клапан 2 позиционного реле
должен занимать такое положение, при котором весь поступаю-
щий через нижнее седло воздух будет успевать выходить через
верхнее седло, сохраняя при этом необходимое давление на мем-
бране привода. При нарушении этого условия давление на мем-
бране будет повышаться либо понижаться. Если пренебречь вели-
чиной изменения равновесного положения клапана 2, которое
относительно невелико, то указанное условие будет примерно
сохраняться, когда величина хода вверх сильфона 3 будет про-
порциональна ходу вниз штока 4. При этом условии точка пово-
рота рычага 5 сохранит свое положение. При изменении команд-
ного давления левое плечо поднимется или опустится, вызывая
подъем или опускание клапана 2, что, в свою очередь, вызовет
соответствующее изменение давления на мембране.
Равновесное положение клапана восстановится, когда под дей-
ствием изменения давления шток 4 изменит свое положение так,
что точка вращения рычага 5 примерно сохранит свое положение.
Таким образом обеспечивается соответствие между командным
давлением и положением штока 4 независимо от сил трения, про-
тиводавления и других усилий, действующих на штоке 4, так как
повышение давления на мембране будет происходить до тех пор,
пока шток не будет приведен в нужное положение, соответствую-
щее командному давлению.
Как видно из приведенного описания, позиционное реле по прин-
ципу действия является пропорциональным регулятором с обрат-
ной связью, осуществленной по положению регулирующего элемен-
та. На рис. 236, б представлена принципиальная схема позицион-
ного реле другого типа. В этой конструкции обратная связь осуще-
ствлена рычагом 8, действующим на клапан 1 в полости 2 позицио-
нера через -пружину 4. Клапан позиционного реле уравновеши-
вается усилием (вниз) пружины, зависящим от положения штока 7
мембранного исполнительного механизма и усилием (вверх), зави-
сящим от давления среды на неуравновешенную площадь силь-
фона 3 и жесткости сильфона. Передача движения от штока 7 на
рычаг 8 осуществляется толкателем 6 и рычагом 5.
16*
243
Позиционное реле крепится к регулирующему клапану сбоку
(рис. 237). Сжатый воздух из сети (рабочее давление привода)
поступает в камеру 1 после редуцирования клапаном 2, откуда
подводится в привод на мембрану. Командное давление подается
в сильфон 3. При повышении командного давления сильфон
удлиняется и сжимает пружину 4. При этом клапан 2 поднимается
Рис. 237. Конструкционная схема позиционного
реле с пружиной
вверх, увеличивая подачу воздуха и уменьшая выпуск. Давление
над мембраной возрастает, и шток 7 начинает перемещаться вниз.
Рычаг 5, связанный при помощи тяги 6 со штоком 7, действует
на рычаг 8, который своим концом сжимает пружину 4 и тем самым
заставляет клапан 2 опуститься книзу. Равновесное положение
клапана установится тогда, когда усилие от пружины сравняется
с усилием, передаваемым сильфоном. Передаточное отношение
между рычагами 5 и 8 может регулироваться с помощью перестав-
ного опорного ролика, благодаря этому позиционное реле может
обеспечивать работу мембранных приводов с различными ходами
от 10 до 60 мм.
244
Рабочее давление, командное и давление на клапане контроли-
руются с помощью трех манометров. С помощью крана 9 позицион-
ное реле может быть отключено от пневматического привода и
тогда командное давление будет подаваться непосредственно
в полость над мембраной.
Более компактная конструкция
позиционного реле показана на
рис. 238. Принцип действия этого
реле заключается в следующем.
Командное давление воздуха по-
дается в камеру 1 между двумя
мембранами, имеющими разную
эффективную площадь. Давление
командного воздуха создает уси-
лие, подымающее подвижную си-
стему вверх. На мембраны сверху
вниз действует усилие пружины 2,
Рис. 238. Позиционное реле с двумя Рис. 239. Положение позиционера на ре-
мембранами гулирующем клапане
регулируемое выходным стержнем 3, который, будучи подведен
к подвижной системе регулирующего клапана, например к опор-
ному диску мембраны, осуществляет обратную связь в системе.
Рабочее давление из сети подается в полость 4, откуда воздух,
дросселируемый клапаном 5, подводится в полость мембранного
привода.
При подаче командного давления в полость 1 позиционера, обе
мембраны подымаются вверх в зависимости от величины команд-
ного давления и положения выходного стержня, т. е. в зависимости
от положения штока мембранного привода. Если положение штока
245
мембранного привода не соответствует заданной величине команд-
ного давления, то клапан 4 займет положение выше или ниже,
в полости мембранного привода давление будет повышаться или
понижаться, шток привода и выходной стержень 3 переместятся,
сжимая пружину. Усилие на мембранах позиционного реле из-
менится, и они займут такое положение, при котором шток мем-
бранного привода будет также занимать положение, соответствую-
щее величине командного давления.
Пример установки позиционного реле на регулирующем кла-
пане, работающем по схеме НО, приведен на рис. 239.
6. ПРИВОД С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕМБРАНОЙ
В тех случаях, когда на мембрану действует высокое давление,
высокая температура или коррозионная среда, используются
металлические мембраны, изготовляемые обычно из тонкой листо-
вой стали Х18Н10 толщиной 0,2—0,3 мм. Мембрана состоит из
одной или нескольких пластин.
Недостатками металлических мембран являются малый допу-
скаемый ход и значительная жесткость мембраны. Для мембраны
из стали Х18Н10 толщиной 0,2 мм предельными можно считать
величины, указанные в табл. 22. Значения h приведены относи-
тельно плоскости заделки. Для обеспечения длительной работы
мембраны целесообразно применение нагартованного материала
марки Н. Мягкий материал марки М имеет более высокую корро-
зионную стойкость и создает меньшую жесткость, но мембраны
из этого материала обладают пониженной долговечностью при
циклической нагрузке.
Таблица 22
Предельно допустимые величины хода металлических мембран
Диаметр заделки мембра- ны D в мм 25 40 60
Предельный ход h в мм ±0,12 ±0,16 ±0,22
Анализ показывает, что в системе мембрана — пружина, при-
меняемой в регуляторах давления прямого действия, жесткость
мембраны имеет решающее значение, поэтому для повышения чув-
ствительности регуляторов (редукционных клапанов) целесо-
образно применять мембраны возможно большего диаметра.
Во время испытаний однослойные мембраны толщиной 0,2 мм
с опорными дисками при статической нагрузке выдерживали давле-
ние: при D = 25 мм Р = 200 кПсм2, при D = 40 мм Р =
= 150 кПсм2, при D = 60 мм Р = 70 кГ/см2. После соответ-
ствующей проверки указанные величины давлений, вероятно,
можно будет значительно повысить.
246
Необходимо учитывать, что с повышением давления умень-
шается срок службы мембраны. Конструкции регуляторов давле-
ния с пилотным управлением, в котором используется внутренний
импульсный механизм с металлической мембраной, показаны на
рис. 56 и 151.
7. ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ АРМАТУРОЙ
Дистанционное управление арматурой и наблюдение за сте-
пенью открытия может осуществляться несколькими способами.
Дистанционное управление с ручным приводом. При этом спо-
собе управления изменение степени открытия арматуры осуще-
ствляется периодически, физическими усилиями оператора. Меха-
низм дистанционного управления в этом случае состоит в основ-
ном из передаточных валов, шарнирных муфт (типа шарниров
Гука) и конических передач.
При ручном дистанционном управлении часто используются
колонки дистанционного управления, с которых оператор осуще-
ствляет управление арматурой. Некоторые из схем дистанцион-
ной передачи при ручном управлении с ручным приводом приве-
дены на рис. 201 и 202.
Ручное дистанционное управление с использованием приводов.
В этом случае арматура, имеющая электрический, гидравлический
или пневматический привод, открывается или закрывается по
команде с пульта управления в зависимости от показаний соот-
ветствующих приборов, контролирующих ход технологического
процесса или работу агрегатов. Включение приводов производится
периодически. Ручное дистанционное управление приводами
может осуществляться с применением КДУ или без них.
При электрическом дистанционном управлении трубопровод-
ной арматурой широкое применение имеют КДУ — колонки
дистанционного управления (рис. 240). Они существуют в не-
скольких модификациях, отличающихся друг от друга конструк-
тивными особенностями и мощностью. КДУ состоит из электро-
двигателя, редуктора и реостатного датчика положения выходного
вала исполнительного механизма КДУ. К реостатному датчику
для дистанционного контроля степени открытия арматуры при-
соединяется вольтметр. Наибольший угол поворота выходного
вала КДУ 90°.
Колонки дистанционного управления (КДУ) имеют ручное
управление с помощью маховиков на случай отсутствия электро-
энергии.
Дистанционное управление задвижками с гидроприводом осу-
ществляется по различным схемам в зависимости от конкретных
условий их работы. Одна из универсальных схем управления
задвижками с гидроприводом приведена на рис. 241.
Для наблюдения за степенью открытия арматуры могут быть
использованы два метода: позиционный метод с применением
247
сигнальных ламп и метод непрерывного наблюдения с помощью сель-
синов. В первом случае полное открытие или закрытие арматуры
сигнализируется сигнальными лампами, включаемыми концевыми
выключателями, во втором случае возможность наблюдения за
степенью открытия арматуры обеспечивается применением сле-
дящей системы, образуемой сель-
сином-датчиком и сельсином-при-
емником.
Автоматическое позиционное
дистанционное управление. Более
совершенным способом управле-
б)
°)
240. Колонка дистанционного
Рис.
управления типа КДУ-П/ПК-' а—внеш-
ний вид колонки; б — схема внутрен-
них электрических соединений
ния арматурой являются способы управления, осуществляемые
автоматически с помощью соответствующих приборов. Приборы
реагируют на изменение регулируемого параметра, в связи с чем
на исполнительный механизм подается соответствующая команда.
Исполнительным механизмом в этом случае может служить элект-
ропривод, гидропривод или пневмопривод.
В зарубежной практике начинают применять для дистанцион-
ного управления задвижками электрогидравлический привод,
который, имея линию обратной связи, обеспечивает плавное откры-
тие и закрытие арматуры. На рис. 242 электродвигатель 1 с по-
мощью насоса 2 нагнетает рабочую жидкость (масло) через регу-
лятор давления <3 с перепускным клапаном и обратный клапан 4
в аккумулятор 5. Фильтр 6 обеспечивает отсутствие твердых
частиц. Золотниковое устройство 7 производит регулирование и
переключение подачи масла в цилиндр путем поворота вокруг оси 8.
Установочная пружина 9 и регулировочный винт 10 обеспечивают
необходимую регулировку. Соленоид 11 служит для приема по
линии 12 электрических импульсов с пульта управления, он
248
поворачивает в ту или другую сторону золотник 7 для изменения
направления движения поршня цилиндра 16.
Для обратной связи служат: плоская пружина 13, закреплен-
ная на втулке 15, поддерживающая ролик, движущийся по
кулачку 14. Когда в систему привода с пульта управления либо
от датчика системы автоматического регулирования поступает
электрический импульс, срабатывает
соленоид 11 и поворачивает соответ-
ственно золотник 7. Поршень 16 пере-
мещает шток задвижки, а вместе с ним
и кулачок 14. Ролик, катящийся по
кулачку и прижатый к нему пружи-
ной 13, перемещает клапан золотни-
кового устройства, чем осуществ-
ляется обратная связь и создается
плавное открытие и закрытие за-
движки. Величина хода клапана зо-
лотника ограничивается силой при-
тяжения соленоида и регулировоч-
ным винтом 10.
На рис. 243 приведена схема ди-
станционного управления пробковым
краном. Пробка крана 1 поворачи-
вается с помощью поршневого пнев-
мопривода 3, работающего под дейст-
вием магистрального газа, пропу-
щенного через фильтр-осушитель 4.
Перед началом поворота пробки
в кран через мультипликатор 2
подается смазка, с помощью которой
пробка несколько приподнимается.
Управление работой пневмопривода
осуществляется при помощи электро-
магнитных клапанов 5. Конечные
Рис. 241. Принципиальная схема
управления задвижками с гидро-
приводом:
1—резервуар с рабочей жидкостью;
2—игольчатый вентиль; <3—-ручной
насос; 4—перепускной клапан; 5 —
ручной многоходовой вентиль; 6 —
линия к управляемым задвижкам;
7 —электропрнводной многоходовой
вентиль управления задвижками;
8—реверсивный клапан; 9—мано-
метр; 10—спускной кран; 11—насос
с электроприводом; 12 — обратный
клапан
выключатели 6 по окончании хода выключают подачу газа в пнев-
мопривод. В случае необходимости можно осуществлять ручное
управление краном с помощью маховика 7. Кнопка открытия
(КО) 8 и кнопка закрытия (КЗ) 9 служат для включения соответ-
ствующего электромагнитного клапана. Кнопка сброса 10 и доба-
вочные сопротивления 1СД и 2СД И, педаль ручного управле-
ния 12 и электромагниты клапанов 13, 14 и 15 обеспечивают
работу системы. Когда кран открыт, на щитке управления горит
зеленая лампа ЛЗ. В начале закрывания электромагнит 14, реле
РМ и сигнальное реле РО обесточиваются, а на щитке заго-
рается белая лампа ЛБ. Включенные одновременно белая и
зеленая лампы показывают, что идет поворот пробки. В конце
хода закрывания обесточивается соленоид 15 и срабатывает
249
Рис. 242. Принципиальная схема управления задвиж-
кой с электрогидравлическим приводом
250
сигнальное релеРЗ. Зеленая лампа при этом гаснет, остается гореть
белая лампа. Как только закрылся кран, замыкается реле вре-
мени РВ, вновь открывается электромагнитный клапан 14 и смазка
под давлением поступает в смазочные канавки крана и зазоры,
чем улучшает герметичность крана.
Кнопки дистанционного управления: открывания — КО и за-
крывания — КЗ имеют собственные электромагниты и остаются
втянутыми до конца операции.
Рис. 244. Схема регулирования давления прн помощи пробкового крана: а —
газопровод высокого давления; б — газопровод с отрегулированным давлением;
1 — пробковый кран-регулятор; 2 — блокировочные проходные краны; 3 — линия
подачи газа в пневмосистему; 4 — фильтр; 5 — газовые редукторы; 6 — водоотделитель;
7 — предохранительный клапан; 8 — регулятор давления; 9 — отбор регулируемого
давления; 10 — подача газа в регулятор давления; 11 — пневмолиния управления краном;
12 — перепускной кран; 13 — рукоятка ручного регулирования; 14 — золотниковый
механизм с указанием степени открытия; 15 — маховик ручного управления
Автоматическое непрерывное дистанционное управление про-
порционального действия. При этом способе управления непре-
рывному изменению регулируемого параметра соответствует не-
прерывное изменение положения регулирующего (дросселирую-
щего) элемента. Наиболее часто такое управление осуществляется
с помощью пневматического мембранного исполнительного меха-
низма или с помощью электромоторного исполнительного меха-
низма типа ПР-1, ИМ и др.
На рис. 244 приведена схема регулирования давления при
помощи пробкового крана. Управление краном осуществляется
поршневым гидроприводом, рабочей средой которого является
масло. Источником энергии является сжатый газ, транспортируе-
мый по трубопроводу.
Приведенные выше примеры конструкций и схем не ограни-
чивают возможностей дистанционного управления арматурой.
Схемы и конструкции, применяемые для этой цели, непрерывно
251
совершенствуются и усложняются по мере усложнения задач,
выдвигаемых для решения в этой области. Развитие дистанцион-
ного управления идет в направлении от простых механических
передач с применением валов, тросов, шарниров и цепей к электро-
приводу, пневмоприводу и гидроприводу с применением раз-
личных элементов автоматики.
Задачи дистанционного управления арматурой, например
магистральных трубопроводов, отличаются от задач дистанцион-
ного управления арматурой в технологических системах нефте-
перерабатывающих заводов или энергоустановок. В соответствии
с этим и схемы дистанционного управления имеют свои особен-
ности. Наиболее ярко требования дистанционного управления
предъявляются к арматуре, работающей на линиях транспор-
тировки или в зоне влияния радиоактивных сред, когда дистан-
ционного управления требует арматура не только при выполне-
нии технологического процесса, но и при промывке, ремонте
или замене арматуры.
Дополнительные требования в отношении взрывобезопасности,
недопустимости искрообразования заставляют в ряде случаев
использовать не электропривод, а пневмо- или гидропривод.
Таким образом, окончательное решение при выборе схемы и
способа дистанционного управления принимается с учетом ряда
различных факторов экономического и технического характера.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
КОНСТРУИРОВАНИЕ
ТРУБОПРОВОДНОЙ
АРМАТУРЫ
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
В АРМАТУРОСТРОЕН И И
Глава I. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
КОНСТРУКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
В арматуростроении используется большое число разнообраз-
ных материалов: чугуны, стали, цветные металлы и сплавы,
пластмассы, набивочные и прокладочные материалы и т. д. В этом
разделе приведены краткие сведения об основных свойствах мате-
риалов, применяемых в арматуростроении, более подробные дан-
ные приводятся в разделах, где освещены вопросы расчета и
конструирования деталей.
Технология изготовления детали (отливка, прокат, поковка,
штамповка и т. д.) оказывает значительное влияние на свойства
материала, поэтому свойства материала целесообразно уточнить
с учетом условий изготовления детали. Такие данные приводятся
в главах, где указаны свойства материалов при различных усло-
виях работы, необходимые для расчета и конструирования с учетом
технологии изготовления деталей.
Область применения материала зависит от результатов оценки
целого комплекса его свойств, с учетом необходимой долговеч-
ности конструкции и стоимости материала. Из этого комплекса
можно выделить основные свойства, которые являются решаю-
щими. Например, для деталей, работающих при высоких давле-
ниях на химически нейтральных средах, основным свойством
является прочность металла; для арматуры, работающей на
агрессивных или коррозионных средах при низких давлениях,
важнейшим свойством является коррозионная устойчивость мате-
риала в данной среде при соответствующей концентрации и
температуре. Прочность металла в последнем случае не имеет
решающего значения и во многих случаях при этих условиях
применяются пластмассы, имеющие по сравнению с металлами
значительно меньшую прочность, но высокую химическую стой-
кость. Для прокладочных и набивочных материалов решающими
свойствами являются упругость и пластичность. При наличии
материалов с одинаковыми свойствами используется более дешевый.
255
Когда свойства материалов не равноценны и более дорогой мате-
риал обладает лучшими свойствами, выбор следует производить на
основании результатов соответствующих расчетов и сопоставлений.
При выборе конструкционных металлов прежде всего исходят
из их прочности и технологических свойств. Прочность металлов
оценивается по результатам испытаний образцов на испытатель-
ных машинах, главным образом на разрывных. Основной характе-
ристикой прочности хрупких материалов является предел проч-
ности при разрыве ое, т. е. наибольшее напряжение, в кПмм2,
отнесенное к первоначальному поперечному сечению образца,
которое он выдерживает при разрыве. Для пластичных материалов
помимо предела прочности важное значение имеет (условный)
предел текучести ог, т. е. напряжение, в к.Пмм2, соответствующее
остаточному относительному удлинению в 0,2%.
Расчет деталей из пластичных материалов обычно производят
с учетом предела текучести, так как в машинах, как правило,
нельзя допускать значительных остаточных деформаций, которые
могли бы вызвать нарушение работы. В связи с этим величина
предела текучести при растяжении определяется напряжением,
которое вызывает остаточное относительное удлинение в 0,2%.
Во многих деталях арматуры такая величина деформации не вызы-
вает опасений за качество работы изделия, и в ряде случаев можно
было бы ориентироваться на предел текучести при остаточном от-
носительном удлинении больше 0,2%, например в 0,5%, однако
таких данных еще очень мало и при расчете арматуры используют
значения предела текучести от0Л. Предел пропорциональности оп
или наибольшее напряжение, до которого деформация изменяется
пропорционально напряжению, используется в основном при
расчете на продольную устойчивость. Модуль упругости при
растяжении Е кГ/мм2, характеризующий жесткость материала, его
способность сопротивляться деформациям, входит в формулы во
всех расчетах при определении деформаций растяжения, изгиба
или сжатия (прогиб стенок деталей, дисков, тарелок и пр.).
При определении деформации кручения (пружины) в формулы
входит модуль сдвига G кПмм2. Модуль упругости при растяже-
нии представляет собой условное напряжение, которое должно
быть создано в материале, чтобы длина его увеличилась вдвое.
Модуль упругости при сдвиге для сталей при температуре t —
= 20° С обычно равен G 0,38Е.
При растяжении образца из пластичной стали имеет место
продольная и поперечная деформации сечения образца, которые
характеризуют пластические свойства материала. Пластические
свойства оцениваются по относительному удлинению при разрыве,
относительному сужению и ударной вязкости. Относительное
удлинение при разрыве б определяется для образцов с соотноше-
нием длины к диаметру 10 : 1 — б10 или 5:1 — б5, выражается
в процентах и представляет собой отношение увеличения длины
256
образца при разрыве к его первоначальной длине. Относительное
сужение ф выражается в процентах и представляет собой отноше-
ние уменьшения площади поперечного сечения образца при раз-
рыве к первоначальной площади образца. Ударная вязкость ма-
териала ан кГ-м/см2 характеризует способность материала сопро-
тивляться динамическим нагрузкам и определяется количеством
энергии, затрачиваемой на излом единицы площади сечения
образца. Величина ан вычисляется как частное от деления работы
в кГ-м, затраченной на излом образца, на площадь поперечного
сечения образца в см2 в месте излома. Эта характеристика имеет
большое значение также для оценки пластических свойств мате-
риала. При расчетах на прочность используется также коэффи-
циент Пуассона — v, который представляет собой отношение
относительной поперечной деформации к относительной продоль-
ной. Коэффициент Пуассона до предела пропорциональности
имеет постоянное значение и равен: для стали v = 0,25-ь0,33,
для чугуна v = 0,23-^0,27, для бронзы v = 0,32ч-0,35, для ла-
туни v = 0,32-4-0,42, для каучука v = 0,47. При v = 0,5 объем
материала при деформации не изменяется, как это, например,
происходит с резиной, при v <0,5 растяжение вызывает увели-
чение объема материала, сжатие — уменьшение.
С повышением или понижением температуры свойства мате-
риалов меняются. С повышением температуры обычно повы-
шаются пластические свойства, а прочностные характеристики
снижаются, при понижении температуры наоборот — пласти-
ческие свойства ухудшаются, металлы и другие материалы ста-
новятся хрупкими, а прочностные характеристики становятся
выше. При высоких температурах в арматуре часто одновременно
действуют и высокие давления, вызывающие в деталях значи-
тельные напряжения. В этих условиях под действием высоких
напряжений и температур в металле непрерывно протекают внут-
ренние процессы, оказывающие существенное влияние на проч-
ность металла и на перераспределение напряжений.
Особо важное значение в этих условиях приобретает явление
ползучести, которое заключается в медленной и непрерывной пла-
стической деформации металла, протекающей при постоянном
напряжении. В металле при высокой температуре одновременно
протекают противоположные процессы: упрочнения в связи
с деформацией под действием напряжений и разупрочнения в
связи с действием высоких температур. В различные периоды
времени эти процессы дают различные результаты, в связи с чем
весь процесс ползучести можно разбить на три периода. На
рис. 245 показана характерная кривая ползучести. В первый
период скорость деформации все время уменьшается и достигает
определенной постоянной величины. Во втором периоде со-
храняется установившаяся минимальная скорость ползучести.
В третьем периоде скорость ползучести возрастает.
17 Д. Ф. Гуревич 257
При расчете деталей необходимо обеспечить условия, чтобы
в течение всего заданного срока службы изделия материал работал
в пределах второго периода ползучести. В ряде случаев это условие
является необходимым, но недостаточным, так как значительная
деформация деталей, даже в пределах второго периода ползучести,
может нарушить нормальную работу машины. В этих условиях
задаются определенной скоростью ползучести, исходя из наи-
большей допустимой величины деформации.
В качестве предела ползучести опл при расчете деталей арма-
туры принимают напряжение, вызывающее суммарную деформа-
цию в 1% за 100 000 ч работы или 1-Ю'7 мм/мм-ч.
Рис. 245. Кривая ползучести
Рис. 246. Кривые ползучести при
разных напряжениях
< OS < а4 < Из)
Характер графика и значения скоростей ползучести зависят
как от свойств сталей, так и от действующей температуры. Скорость
ползучести зависит и от напряжения (рис. 246). Скорость ползу-
чести металла в установившемся периоде ползучести, в зависи-
мости от напряжения при постоянной температуре, может быть
выражена эмпирической зависимостью
Vna = л о",
где vnJl — скорость равномерной ползучести;
о — напряжение в стали;
А — коэффициент;
п — показатель степени.
Некоторые данные значений Ann см. [19].
Указанные выше механические характеристики не исчерпы-
вают всех свойств металлов. Эксплуатация деталей при высокой
температуре показала, что при длительном воздействии высокой
температуры и больших напряжений снижается прочность ме-
таллов.
Большую опасность представляет возможность хрупкого раз-
рушения стали, возникающая в результате длительного совмест-
ного действия высокой температуры и высоких напряжений.
В зависимости от температуры и длительности ее воздействия
на металл могут иметь место два вида разрушения сталей: внутри-
258
кристаллическое и межкристаллическое. При внутрикристалли-
ческом разрушении происходят значительные деформации зерен.
При межкристаллическом разрушении деформации зерен незначи-
тельны. В качестве величины, характеризующей длительную
прочность материала, принимается предел длительной прочно-
сти одл. Он представляет собой напряжение, которое при дан-
ных условиях длительного испытания на прочность приводит
образец к разрушению. В арматуростроении, как и в энергетике
вообще, принимается в качестве предела длительной прочности
напряжение, выдерживаемое образцом в течение 100 000 ч, что
обеспечивает непрерывную работу материала при этом напря-
жении в течение десяти лет и более. Предел длительной проч-
ности в зависимости от темпера-
туры можно выразить формулой
k
одл = Be1 ’
где одл —предел длительной проч-
ности;
Т — абсолютная температу-
ра;
е основание натуральных рис 247. кривая релаксации
логарифмов;
В — коэффициент
k — показатель степени
постоянные величины.
При температуре среды до 550° С предел ползучести обычно
меньше предела длительной прочности.
Для оценки условий работы деталей арматуры при высоких
температурах необходимо учитывать и явление релакса -
ц и и, тесно связанное с явлением ползучести. Релаксация пред-
ставляет собой самопроизвольное снижение напряжений в мате-
риале при неизменной величине начальной деформации. Резуль-
таты этого явления наиболее отчетливо проявляются, например,
в болтах и шпильках фланцевых соединений, работающих при
высоких температурах. В этих условиях упругая деформация
металла от первоначального затяга переходит в пластическую, за-
тяг болтов и шпилек самопроизвольно снижается и нарушается
плотность соединения. Поэтому в таких соединениях возникает
необходимость периодически подтягивать гайки. На рис. 247
схематически показана кривая релаксации. К сталям, работаю-
щим при высоких температурах, предъявляются определенные
требования релаксационной стойкости, т. е. способности сохранять
напряженное состояние. Релаксационную стойкость стали оце-
нивают по скорости снижения напряжения со временем.
С течением времени в стали, даже находящейся при нормальной
температуре, происходят структурные изменения, которые при-
водят к так называемому старению стали. Кратковременные
17*
259
нагревы до 200—300° С ускоряют этот процесс. В результате ста-
рения снижаются пластические свойства стали и в особенности
ударная вязкость. Длительное пребывание стали в интервале тем-
ператур 400—500° С может вызвать особый вид хрупкости стали,
так называемую тепловую хрупкость. К тепловой
хрупкости склонны стали, содержащие хром, марганец или ни-
кель; присадки молибдена, вольфрама и ванадия снижают склон-
ность стали к тепловой хрупкости. Тепловая хрупкость стали
может быть выявлена лишь испытанием на ударную вязкость.
При возникновении тепловой хрупкости ударная вязкость сни-
жается вдвое и более. Наиболее опасна тепловая хрупкость для
деталей, имеющих острые выточки и резьбы, где создаются кон-
центрации напряжений, например в шпильках и болтах. Эти
детали для работы при высоких температурах рекомендуется
изготовлять из сталей, не содержащих никеля, так как низколеги-
рованные хромоникелевые стали имеют склонность к тепловой
хрупкости. При работе некоторых деталей арматуры в струе пара
или газа создаются условия для быстрого эрозионного износа.
Для таких деталей важно обеспечить эрозионную стойкость
материала. Очень сложные условия для работы арматуры создают
коррозионные среды. Влияние коррозионного воздействия на
металл, особенно от щелочей, не ограничивается уменьшением
толщины стенки; коррозия, проникая в глубь металла, снижает
его прочностные свойства.
При длительном пребывании паровой арматуры при высоких
температурах на поверхности стенок, соприкасающихся с паром,'
с течением времени образуется окалина. Интенсивность процесса
образования окалины зависит от жаростойкости или
окалиностойкости металла. С образованием окалины
толщина стенок арматуры уменьшается; чтобы компенсировать
утонение стенок, дается прибавка на толщину из расчета 0,07—•
0,17 мм/год, исходя из длительности работы арматуры от 10
до 20 лет.
Под длительным действием высокой температуры происходит
также графитизация стали, заключающаяся в том, что
в металле выделяется свободный графит в виде сфероидальных
зерен. Это приводит к ослаблению структуры металла и снижению
его механических свойств.
Сложные условия работы материала в трубопроводной арма-
туре требуют не только квалифицированного выбора марки мате-
риала, точного соблюдения технологии изготовления деталей, но
и тщательного контроля свойств металла как при изготовлении
арматуры, так и в процессе ее эксплуатации.
Пластмассы как конструкционные материалы широко при-
меняются в арматуростроении и имеют большие перспективы
для использования их в особенности для арматуры химических
производств. В связи с разнообразием методов изготовления пласт-
260
масс и свойств исходного материала свойства различных пласт-
масс сильно отличаются, а их механические характеристики имеют
большое разнообразие. На свойства пластмасс большое влияние
оказывает температура. Некоторые пластмассы, как, например,
винипласт, могут быть использованы в относительно узком интер-
вале температур — до 60° С или несколько выше. В различных
пластмассах большое значение имеют специфические свойства,
такие, как длительная прочность (винипласт), ползучесть (фторо-
пласт), явление старения (полиэтилен) и др. Многие проч-
ностные характеристики различных пластмасс еще достаточно
тщательно не изучены, особенно свойства пластмасс при работе
в условиях эксплуатации, и в настоящее время подвергаются
дальнейшим исследованиям. Поэтому пока для пластмасс, как и
для металлов, обычно используются такие характеристики, как
предел прочности на растяжение, на сжатие, на изгиб, на круче-
ние или сдвиг, предел текучести, модуль упругости, относитель-
ное удлинение и т. д. с учетом действующей температуры.
Пределы применения различных конструкционных материалов,
их механические свойства при различных температурах и допуска-
емые напряжения приведены в таблицах при рассмотрении рас-
четов соответствующих деталей.
2. ОЦЕНКА КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛОВ
Оценка коррозионной стойкости металла производится в соот-
ветствии с данными ГОСТа 5272—50 по десятибалльной системе.
В табл. 23 приведена оценка коррозионной стойкости металла.
При выборе металла для изготовления химической аппаратуры
пригодными считаются такие металлы, скорость коррозии кото-
рых не превышает 0,1—0,5 мм/год, т. е. материалы, химическая
стойкость которых оценивается не ниже 6-го балла.
Таблица 23
Шкала коррозионной стойкости металлов
(по ГОСТу 5272—50)
Группа стойкости Балл корро- зионной стойкости Скорость коррозии в мм/год ! Г руппа стойкости Балл корро- зионной стойкости Скорость коррозии в мм/год
Совершенно стойкие 1 <0,001 Пониженно- стойкие 6 0,1—0,5
7 0,5—1,0
Весьма стойкие 2 0,001—0,005
Малостойкие 8 1-5
3 0,005—0,010
Стойкие 4 0,01—0,05 9 5—10
Нестойкие 10 >10
5 0,05—0,10
261
Глава II. ЧУГУНЫ
1. СЕРЫЕ ЧУГУНЫ
Чугун является наиболее дешевым материалом для изготовле-
ния сложных фасонных отливок, однако хрупкость чугуна огра-
ничивает область его применения. Хрупкое разрушение деталей,
явление нежелательное вообще, приобретает значительную опас-
ность для арматуры. При разрушении деталей из пластичных мате-
риалов имеет место период пластических деформаций, в течение
которого создается возможность установить наступление опасного
состояния материала. При хрупком разрушении эта возможность
исключена, так как разрушение детали происходит неожиданно
для обслуживающего персонала. Кроме того, хрупкие материалы
хуже переносят динамические нагрузки и быстрые температурные
изменения, во время которых могут возникать температурные
напряжения, они также более чувствительны к концентрации на-
пряжений и т. д. В связи с хрупкостью область применения серого
чугуна ограничена относительно невысокими давлениями и тем-
пературами.
Серый чугун представляет собой сплав железа с углеродом и
другими элементами и содержит углерода 2,5—3,6%, из которых
0,8—0,9% содержится в связанном состоянии в виде цементита
(карбид железа), остальная часть находится в свободном состоя-
нии в виде пластинок или зерен, кремния 1,6—2,4%, марганца
0,5—1,0%, фосфора до 0,8% и серы до 0,12%. Прочностные свой-
ства чугуна зависят от соотношения содержания перлита и фер-
рита в его структуре, формы и размеров зерен графита. Уменьше-
ние величины зерен, повышение однородности структуры улуч-
шают механические свойства чугуна.
Несмотря на ограничения области применения чугунной
арматуры, чугун как конструкционный материал имеет широкое
применение. Низкая стоимость и прекрасные литейные качества
чугуна дают возможность получать сложные и тонкостенные
отливки. Из серого чугуна изготовляются водопроводная и газо-
вая арматура низкого давления, кронштейны, стойки, маховики,
корпуса редукторов, шестерни и т. д. Для изготовления деталей
арматуры наиболее часто применяются чугуны следующих марок:
СЧ15-32, СЧ18-36, СЧ21-40, СЧ24-44 и СЧ28-48. Основные проч-
ностные характеристики серых чугунов приведены в табл. 24.
Ударная вязкость литых заготовок диаметром 30 мм из чугуна
СЧ21-40 и СЧ24-44 составляет ан = 0,9 kF-mIcm2, из чугуна
СЧ28-48 ан = 1,0 кГ-м!см\
В обозначениях марок серых чугунов первое число показывает
предел прочности при растяжении, второе — предел прочности
при изгибе. Чугун имеет в 1,5—2,0 раза меньший, по сравнению
со сталью, модуль упругости, причем величина его уменьшается
с увеличением растягивающих напряжений. Уменьшение модуля
262
Таблица 24
Механические характеристики отливок из серых чугунов
(по ГОСТу 1412—54)
Марка Предел прочности в кГ/ммг (не менее) Твердость НВ
при растяжении при изгибе 0в. изг при сжатии °в. сж
СЧ-00 Не испыты- Не испыты- Не испыты- Не испыты-
вается вается вается вается
СЧ12-28 12 28 50 143—229
СЧ15-32 15 32 55 163—229
СЧ18-36 18 36 70 170—241
СЧ21-40 21 40 75 170—241
СЧ24-44 24 44 85 170—241
СЧ28-48 28 48 100 170—241
СЧ32-52 32 52 НО 197—248
С435-56 35 56 120 197 —248
СЧ38-60 38 60 130 207—262
упругости серого чугуна по сравнению с модулем упругости стали
объясняется влиянием графитовых включений. В области упру-
гих деформаций чугун не подчиняется закону Гука, т. е. ведет
себя не как упругий материал" ввиду остаточных деформаций,
создаваемых пластическим деформированием отдельных микро-
объемов металла. Поэтому характеристика модуля упругости
серого чугуна отлична от характеристики модуля упругости для
стали. Введение понятия «условный модуль упругости чугуна» Ео
соответствует тангенсу угла наклона касательной к кривой рас-
тяжения в начале координат. В качестве примера можно привести
следующие данные: литые заготовки диаметром 30 мм имеют мо-
дуль упругости при 20° С: СЧ21-40 Ео = 8500 кПмм2\ СЧ24-44
Ео = 11 000 кПмм2\ СЧ28-48 Ей = 12 000 кГ/мм2. При увели-
чении диаметра заготовки до 100 мм модуль упругости сни-
жается на 20%.
В чугунных деталях симметричного профиля, подверженных
изгибу, распределение напряжений несимметрично и выражение
(®рьст)нб (&сж)нб — >
применяемое для стали, требует для чугуна введения поправоч-
ных коэффициентов, зависящих отЗюрмы рассчитываемого сечения.
С целью лучшего использования материала рекомендуется созда-
вать такие формы чугунных деталей, при которых в чугуне созда-
вались бы напряжения сжатия. Поверхности, воспринимающие
263
давление, рекомендуется изготовлять сферическими, выпуклостью
обращенной навстречу действию давления. Сечения асимметрич-
ной формы в чугунных деталях более выгодны, чем симметрич-
ные, если их построить так, чтобы при изгибе напряжения сжатия
имели большие значения, чем напряжения растяжения.
Серые чугуны повышенной прочности обычно применяются для
ответственной арматуры с большими диаметрами проходов, где
требуется помимо прочности обеспечить достаточную жесткость
конструкции, для чего необходимо иметь чугун с высоким услов-
ным модулем упругости. Механические свойства серого чугуна
повышаются путем его модифицирования.
Модифицирование чугуна производится введением небольших
добавок графитизирующих материалов: силикокальция или си-
ликоалюминия или ферросилида. Таким путем улучшается одно-
родность материала, а структура становится мелкозернистой, что
обеспечивает повышение статической и динамической прочности,
а также износостойкости. Химическая стойкость по сравнению
с серыми немодифицированными чугунами также повышается.
На механические свойства чугуна оказывают влияние не
только химический состав, но и условия заливки, остывания и
кристаллизации отливки, форма деталей и толщина стенок.
Поэтому при расчете и конструировании арматуры к выбору марки
чугуна и определению допускаемых напряжений следует подхо-
дить осторожно, предварительно взвесив мозможность получения
нужной марки в данных условиях производства и с учетом особен-
ностей конструкции, тйкжак опыт показывает, что имеют место
случаи, особенно при изготовлении арматуры больших диаметров
прохода, когда ожидаемые механические свойства чугуна по тем
или иным причинам не достигаются или не могут быть достигнуты.
2. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ЧУГУНЫ
Высокопрочные чугуны получаются введением в расплавлен-
ный чугун добавок из магния или магниевых лигатур. Это приводит
к изменению формы графитовых включений в чугуне, вместо
пластинчатой они приобретают шаровую форму, образуя мелкие
сферические зерна. Благодаря этому снижается концентрация
напряжений возле зерен, и металл приобретает повышенные меха-
нические свойства, в ряде случаев приближающиеся к механи-
ческим характеристикам сталей. Удлинение, ударная вязкость и
усталостная прочность некоторых высокопрочных чугунов таковы,
что в ряде случаев этим материалом можно заменить сталь. Меха-
нические характеристики высокопрочных чугунов приведены
в табл. 25.
В обозначении марки высокопрочного чугуна первое число
показывает предел прочности материала при растяжении, второе —
удлинение при разрыве образца. Высокопрочные чугуны имеют
264
Таблица 25
Механические характеристики высокопрочных чугунов
Марка чугуна Предел прочности в кГ/ммг 1 Предел теку- чести сгг в кГ!ммг Относительное удлинение 6 в % Ударная вяз- кость ан в кГ-м/см2 Твердость НВ
при рас- | тяжении °в ! при из- гибе ®в- изг при сжа- тин °в. cq
ВЧ45-0 45 70 — 36 — — 187—225
ВЧ50-1.5 50 90 — 38 1,5 1,5 187—225
ВЧ60-2 60 ПО — 42 2,0 1,5 197—269
ВЧ45-5 45 70 200 33 5,0 2,0 170—207
В 440-10 40 70 220 30 10,0 3,0 156—197
модуль упругости Е = 13 000-И 6 000 кПмм2. Для отливок кор-
пусов и крышек арматуры наиболее часто применяются высоко-
прочные чугуны марок ВЧ45-5 и ВЧ40-10, они используются для
давлений до Ру = 25 кПсм2 и температуры t 300° С. Для
других деталей высокопрочные чугуны применяются при более
широких пределах давлений и температур.
3. КОВКИЕ ЧУГУНЫ
Ковкий чугун имеет условное название, так как коваться он
не может, хотя имеет повышенные по сравнению с другими чугу-
нами пластические свойства, что позволяет применять его для
более высоких давлений и температур, чем серый чугун. Ковкий
чугун представляет собой частично обезуглероженный чугун,
получаемый в результате термической обработки отливок из белого
чугуна. Ковкий чугун по механическим свойствам занимает сред-
нее положение между чугуном и сталью и дает плотные отливки.
Ковкий чугун применяется для изготовления арматуры малых
диаметров прохода, поскольку он должен подвергаться длитель-
ной термической обработке в специальных печах. Отливки деталей
из ковкого чугуна получаются хорошо, даже при тонких стенках.
Нормами Госгортехнадзора допускается применение в энергети-
ческих установках арматуры из ковкого чугуна марки не ниже
кчзо-6 для температуры не более 400° С и рабочего давления
среды до 40 кПсм2 при условном диаметре прохода арматуры Dy
80 мм. Для арматуры с условным диаметром прохода Dy =
= 100 мм допускается температура t 300° С и рабочее давление
среды до 20 кГ!см2. В табл. 26 приведены механические характе-
ристики ковких чугунов,
265
Таблица 26
Механические характеристики ковких чугунов
(по ГОСТу 1215—59)
Марка ковкого чугуна Предел прочности при растяжении CJQ в кГ/мм2 (не менее) Относительное удлинение 6 в % (не меиее) Твердость НВ (ие более)
КЧЗО-6 30 6 163
КЧЗЗ-8 33 8 163
КЧ35-10 35 10 163
КЧ37-12 37 12 163
КЧ45-6 45 6 241
КЧ50-4 50 4 241
КЧ56-4 56 4 269
КЧ60-3 60 3 269
КЧ63-2 63 2 269
В обозначении ковкого чугуна первое число показывает пре-
дел прочности при растяжении, второе — относительное удлине-
ние в процентах при разрыве образца. Для чугунов КЧЗО-6 и
К.ЧЗЗ-8 предел прочности при изгибе составляет щ. изг =50 кПмм2,
предел текучести ог = 20 кПмм1, ударная вязкость 1,2 =
4-1,3 кГ-м!см2, модуль упругости Е т 16 000 кПмм2.
4. ЖАРОСТОЙКИЕ (ОКАЛИНОСТОЙКИЕ) ЧУГУНЫ
Жаростойкость чугунов невысока, но она может быть значи-
тельно повышена путем введения добавок хрома 1,5—2,5%, ни-
келя 15—18% и меди 2,5—3,5%. При изготовлении арматуры
могут быть использованы аустенитные жаростойкие чугуны
ЖЧ-1 и ЖЧ-2. Некоторые данные о механических характеристи-
ках чугунов этих марок приведены в табл. 27.
Таблица 27
Механические характеристики жаростойких чугунов
/Марка чугуна aQ в кГ/мм2 %, изг в кГ/мм2 6 в % НВ
ЖЧ-1 15 32 — 120—170
ЖЧ-2 30 — 4 170—200
Приведенные марки чугунов могут быть использованы для
работы при температуре до 600° С. Из чугуна указанных марок из-
готовляются ходовые гайки шпинделей, работающих в среде кок-
266
сового и доменного газов при температуре до 120° С, в среде бен-
зольных углеводородов при температуре до 150° Сив средах,
содержащих растворы щелочей, в маслах и каменноугольных сре-
дах — при температуре до 225° С. Чугуны ЖЧ-1 и ЖЧ-2 неустой-
чивы против действия азотной кислоты и сухих щелочей.
5. КИСЛОТОСТОЙКИЕ ЧУГУНЫ
Коррозионная стойкость серого чугуна невелика, поэтому
он не может применяться для работы в коррозионных средах.
Различие в структурных составляющих чугуна создает значи-
тельную разность потенциалов (между ферритом и графитом дости-
гает 0,8 в), что создает условия для химического разрушения мате-
риала. С увеличением напряжений коррозионное воздействие
увеличивается и усиливается проникновение коррозии в глубь
металла.
Введение значительных добавок хрома, никеля, кремния, мо-
либдена и других элементов увеличивает коррозионную устой-
чивость чугуна до значительных пределов. Так, чугуны высоко-
хромистые с содержанием хрома до 30% устойчивы к азотной кис-
лоте и ее солям, к фосфорной кислоте, уксусной кислоте, хлори-
стым соединениям, к серной кислоте и ее соединениям. Такой чугун
обладает высокой износоустойчивостью и жаропрочностью, позво-
ляющей работать при температуре до 1200° С.
Аустенитные чугуны с содержанием до 19% хрома и до 9% ни-
келя устойчивы против азотной кислоты и могут работать при
температуре до 1000° С.
Высококремнистые чугуны: ферросилиды с содержанием угле-
рода 0,3—0,8% и кремния 14,5—18% и антихлор с содержанием
кремния 14,5—16% и молибдена 3,5—4,0% устойчивы против
действйя кислот и других агрессивных сред. Химическая стой-
кость этих чугунов создается благодаря тому, что на его поверх-
ности образуется прочная защитная пленка SiO2. Ферросилиды
против соляной кислоты неустойчивы. Для деталей арматуры,
работающей на нагретой соляной кислоте, может быть применен
антихлор, устойчивый против этой кислоты, разрушающий боль-
шинство металлов и сплавов. Механические характеристики
высококремнистых чугунов приведены в табл. 28.
Таблица 28
Механические характеристики высококремнистых чугунов
(по ГОСТу 2233—43)
Марка Предел прочности в кГ/мм? НВ
ав. изг
Ферросилид С-15 6—8 14—16 300—400
Ферроснлид С-17 5-7 14—15 400—460
Антихлор МФ-15 5,9—7,5 14—18 400—450
267
Ударная вязкость ферросилида С-15 низка и составляет ан =
= 0,454-0,5 кГ-м/см2. Высококремнистые чугуны имеют ряд
недостатков, в связи с чем они не получили широкого применения.
Высокая твердость и способность выкрашиваться под действием
резца не позволяют производить их обработку резанием обычным
инструментом; они обрабатываются только шлифованием абразив-
ными кругами. Высококремнистые чугуны обладают высокой
хрупкостью и плохо переносят быстрые изменения температуры,
образуют горячие трещины в отливках, имеют большую линейную
усадку. Эти качества, а также невозможность получения отвер-
стий сверлением заставляет придавать деталям из этих чугунов
простейшие формы с отлитыми заранее пазами или отверстиями.
Устойчивостью при работе в атмосферных условиях, в продуктах
горения топлива при t 600° С на разбавленных растворах сер-
ной и соляной кислот при нормальной температуре обладает
также аустенитный никеле-меде-хромистый чугун-нирезист —
ЖЧНДХ 15-17-2 (ов = 22ч-30 кГ/мм2, 6 - 14-3%). Он приме-
няется лишь при особой необходимости, так как содержит 14—
17% никеля; служит для изготовления трущихся деталей — саль-
никовых втулок и ходовых гаек.
Задвижки из кислотостойкого высокопрочного чугуна
марки КВЧ, разработанной Гипронефтемашем в условиях работы
на сернокислотных средах и при действии жирных кислот, имели
большой срок службы.
Чугун марки КВЧ, модифицированный магнием, имеет повы-
шенную кислотостойкость и высокие механические свойства, обла-
дает аустенитной структурой и шаровидной формой строения
графита.
Механические характеристики чугуна КВЧ: = 40 ч-
-ь50 кПмм2, 6 = 104-15%, ак=4-г-10 к.Г-м!см2. Эта марка чугуна
пригодна к применению для арматуры при эксплуатации на
агрессивных сернокислотных средах при повышенной темпера-
туре и давлении. Чугун марки КВЧ содержит углерода 2,5—
3,0%, кремния 2,2—2,5%, марганца 1,4—1,7%, никеля 15—17%,
меди 3,0—3,5%, хрома 0,2—0,5%.
6. ЩЕЛОЧЕСТОЙКИЕ ЧУГУНЫ
Серые чугуны неустойчивы также против действия щелочей,
в присутствии которых они быстро разрушаются. Особенно быстро
развивается межкристаллитная коррозия под действием горячих
концентрированных растворов щелочей. Возникает так называе-
мая щелочная хрупкость. Для работы в присутствии едких щело-
чей применяются специальные щелочестойкие чугуны СЧЩ-1
и СЧЩ-2 с содержанием углерода 3,2—3,6% (из которых 0,5—
0,8% связанного), хрома 0,4—0,8% и никеля 0,35—1,0%. Щелоче-
стойкие чугуны СЧЩ-1 и СЧЩ-2 имеют предел прочности при рас-
тяжении <Ув = 32^-38 кГ/см2 и твердость НВ = 200-ь260.
268
7. АНТИФРИКЦИОННЫЕ чугуны
Антифрикционные чугуны обладают пониженным коэффициен-
том трения и используются для замены бронзы и других цветных
сплавов в подшипниках. Антифрикционные чугуны прирабаты-
ваются хуже, чем бронза, поэтому требуют более тщательного
выполнения монтажа, надежной смазки и более длительного пе-
риода приработки на холостом ходу. Зазоры при применении анти-
фрикционных чугунов должны быть увеличены на 15—30% по
сравнению с зазорами, принятыми для бронзы, а в условиях зна-
чительного нагревания зазоры увеличивают на 50%.
Антифрикционные, или подшипниковые, чугуны делятся на
три группы:
1) чугун с пластинчатым графитом: АСЧ-1, АСЧ-2 и АСЧ-3;
2) ковкий чугун: АКЧ-1, АКЧ-2, титано-марганцовистый и
медистый;
3) чугун с шаровидным графитом: АВЧ-1 и АВЧ-2. Твердость
отливок из антифрикционного чугуна находится в пределах
НВ — 160-Т-260. Антифрикционные чугуны используются как
в термически обработанном виде, так и без термической обработки
(в зависимости от марки). В арматуре антифрикционные чугуны
могут быть использованы для изготовления подшипников в редук-
торах приводов, для ходовых гаек и венцов червячных шестерен.
8. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧУГУНОВ
ПРИ ВЫСОКИХ И НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
С повышением или понижением температуры изменяются ме-
ханические характеристики чугунов. На рис. 248, а показано
изменение механических характеристик серого чугуна с повыше-
Рис. 248. Изменение механических характеристик серого чугуна (а) и ковкого (б)
при повышении температуры
нием температуры. Предел прочности при растяжении ое серого
чугуна до температуры 400° С изменяется сравнительно мало,
при дальнейшем повышении температуры предел прочности быстро
269
снижается. Твердость также мало изменяется до температуры
400° С, после чего она быстро падает. Ударная вязкость серого
чугуна с повышением температуры изменяется неравномерно.
Серые чугуны для деталей арматуры, работающих при высоких
температурах, обычно не применяются ввиду того, что при дли-
тельном пребывании чугуна под действием высокой температуры
свыше 400° С происходит так называемый «рост» чугуна. Это явле-
ние состоит в том, что объем чугуна медленно необратимо увеличи-
вается. Происходит окисление и графитизация чугуна в связи
с тем, что цементит распадается на феррит и графит, окисление
развивается путем проникновения кислорода воздуха через поры
и вдоль пластинок графита. Образующиеся окислы имеют больший
удельный объем чем феррит, поэтому объем чугуна при окислении
увеличивается. Изменение структуры чугуна вызывает резкое
снижение его прочности, он становится непригодным для исполь-
зования в конструкциях.
Модифицированные чугуны более жаростойки чем серые, а чу-
гуны с шаровидным графитом обладают еще большей жаростой-
костью (окалиностойкостью). Некоторые данные о свойствах
чугунов при высоких температурах, на основании литературных
источников, приведены ниже. Они основаны на результатах от-
дельных испытаний и должны использоваться с известной осто-
рожностью. Так, серый чугун СЧ24-44 при температуре 425° С
показал предел прочности при растяжении <тв = 22,0 кПмм2, при
500° С <тв = 16,3 кПмм2, ударная вязкость соответственно равна
й„=1,2 и ан =0,9 кГ-м!см2. При низких температурах серые чу-
гуны становятся хрупкими. Таким образом, область применения
серых чугунов сужается вокруг температур, близких к нормаль-
ным. С понижением температуры до —80° С предел прочности при
растяжении увеличивается до 111% и до 114% при температуре
—180° С, если принять за 100% предел прочности при t = 20° С.
Ударная вязкость снижается соответственно до 85 и 72%.
Изменение механических характеристик ковкого чугуна с по-
вышением температуры показано на рис. 248, б. Изменение предела
текучести с повышением температуры приведено в данных табл. 29.
Таблица 29
Предел текучести ковкого чугуна при повышенных температурах
Марка i в °C 100 300 500
КЧЗО-6 ог в кПмяг 19 17 13,3
КЧЗЗ-8 от в кГ/мм1 21 19 15,5
Значения ударной вязкости ан ковких чугунов КЧЗО-6 и КЧЗЗ-8
приведены в табл. 30.
270
Таблица 30
Ударная вязкость ковких чугунов К.ЧЗО-6 и КЧЗЗ-8
при пониженных температурах
t в °C +20 0 —20 —40 —60
ан в кГм1смг 1,2 1,0 0,7 0,6 0,5
В высокопрочных чугунах с повышением температуры повы-
шаются пластические свойства и понижается прочность. Некото-
рые данные о механических характеристиках материала отливок
из высокопрочного чугуна приведены в табл. 31.
Таблица 31
Механические характеристики материала отливок
из высокопрочного чугуна при повышенных температурах
Марка чугуна t в °C СТв в кГ!мм2 в кГ/мм2 ан в kT'M/cm2
20 59,7 46,8 1,2
350 62,9 40,6 6,1
ВЧ45-5 425 52,9 37,1 7,2
500 37,0 23,6 11,1
20 44,1 31,6 15,8
ВЧ40-10 350 41,2 26,2 11,7
425 35,9 24,1 14,5
500 22,8 19,6 15,2
Несмотря на повышенные прочность и коррозионную стойкость,
область применения специальных чугунов в арматуростроении
относительно продолжает сужаться. Это вызывается тем, что не-
смотря на постоянное совершенствование технологии литейного
дела, задача получения чугунной отливки из легированного чу-
гуна с постоянными механическими и физическими свойствами во
всех ее сечениях остается еще не решенной. Тот значительный
риск, которым сопровождается применение чугунной арматуры,
учитывая возможные отклонения фактических свойств отливки
от требуемых, имеет большее значение, чем экономия от примене-
ния чугуна по сравнению со сталью. Если к этому добавить, что
развитие техники сопровождается повышением рабочих парамет-
ров (давление, температура и др.) различных производственных
и технологических процессов, то становится понятным, почему
чугунная арматура постепенно все более энергично вытесняется
или заменяется стальной.
271
Глава III. СТАЛИ
1. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Сталь, благодаря высокой механической прочности и пластич-
ности, является высококачественным материалом для изготовле-
ния ответственных деталей арматуры. Пластичность стали способ-
ствует выравниванию напряжений в отдельных точках детали и
уменьшает опасность ее внезапного разрушения, что особенно
важно для арматуры высоких давлений.
Изменением состава легирующих элементов легко добиться
получения стали с требуемыми прочностными или пластическими
свойствами, химической стойкостью, жаростойкостью и т. п.
Сталь легко подвергается обработке любым технологическим спо-
собом: отливкой, ковкой, штамповкой, прокаткой, резанием, давле-
нием и т. д. Термическая обработка позволяет изменять свойства
стали в широком диапазоне как по поверхности деталей, так и по
всему сечению; химико-термическая обработка стали — цемен-
тация, азотирование и др. позволяет еще больше расширить эти
возможности. Малоуглеродистые стали хорошо свариваются; при-
менением соответствующих легирующих добавок, специальных
электродов и последующей термообработкой можно создавать
прочные сварные соединения и из легированных сталей.
Детали арматуры в зависимости от условий их работы (давле-
ния, температуры, коррозионных свойств среды) изготовляют из
углеродистых, легированных или высоколегированных сталей.
Углеродистая сталь содержит углерода 0,01—1,5%. Сплавы с со-
держанием углерода менее 0,02% называются техническим желе-
зом. Углеродистая сталь может содержать 0,1—0,35% кремния и
0,2—0,8% марганца. Содержание естественных примесей серы и
фосфора не должно превышать 0,025—0,05% каждого.
Основными характеристиками прочности сталей при темпера-
туре t -с 3004-350° С являются предел прочности о8 и предел теку-
чести оу. При расчете деталей, работающих при температуре
свыше 350° С, учитывается предел ползучести <зпл и предел дли-
тельной прочности сдл. Детали трубопроводной арматуры, рабо-
тающие под давлением, изготовляются из мартеновской стали.
Качество стали в значительной мере определяется методом раскис-
ления, применяемым при выплавке. Кипящая сталь (раскислен-
ная ферромарганцем) продолжает выделять газы после заливки
в изложницы. В результате этого прокат, полученный из кипящей
стали, может содержать волосовины, плены, неоднородности в сере-
дине сечения, повышенное содержание серы и фосфора. Спокойная
сталь (раскисляемая марганцем и кремнием) заливается в излож-
ницы после выделения газов, поэтому имеет более однородную
структуру и лучшие механические свойства. Кипящая сталь более
склонна к старению, чем спокойная; ее применение ограничено дав-
лением до 5 кПсм2 и более узкими пределами рабочей температуры.
272
Углеродистые стали могут применяться при низких температу-
рах до следующих пределов: спокойная —до минус 40° С, кипя-
щая — до минус 30° С.
С повышением температуры прочность углеродистых сталей
понижается. На рис. 249 показано изменение предела прочности
ов углеродистых сталей с повышением температуры, на рис. 250 —
изменение предела текучести от. Как видно на рис. 249, с повыше-
нием температуры до 200° С пре-
дел прочности углеродистых ста-
лей возрастает, после чего начи-
нает быстро снижаться, достигая
Рис. 249. Изменение предела
прочности углеродистых ста-
лей с повышением темпера-
туры
Рис. 250. График изменения пре-
дела текучести углеродистых ста-
лей при повышении температуры
при температуре 350—380° С значений, которые он имеет при нор-
мальной температуре. Это повышение ов по сравнению с о, при
нормальной температуре в арматуре практически не используется.
Так как при нормальной температуре арматура должна иметь
прочность не ниже, чем при повышенной температуре, расчет на
прочность ведется без учета временного повышения ов. Предел
текучести углеродистых сталей с повышением температуры моно-
тонно снижается без резких переломов и при 500° С становится
примерно в 2,5 раза меньше, чем при 20° С. График изменения удар-
ной вязкости при повышении температуры приведен на рис. 251.
При температуре —100° С имеет место первое снижение ан (хладно-
ломкость), при +100° С ударная вязкость увеличивается при-
мерно вдвое, затем снижается и достигает второго минимума при
температуре 400—500° (синеломкость); затем снова повышается,
18 Д. ф. Гуревцч 273
достигая максимума при 700° и снижаясь до третьего минимума
при температуре 900—1000° (красноломкость), которая наиболее
сильно выражена при повышенном содержании серы.
Модуль упругости углеродистой стали с повышением темпе-
ратуры снижается, так, для стали марки 15 он снижается с Е =
= 20 500 кПммъ при нормальной температуре до Е =
= 16 000 кПммг при t = 400° С. Относительное удлинение 6
и относительное сужение ф при повышении температуры до 200° С
несколько снижаются (на 25—30%), затем повышаются, увеличи-
Рис.251. График изменения удар-
ной вязкости некоторых углеро-
дистых сталей с повышением
ваясь примерно вдвое при темпера-
туре 600° С.
Углеродистая сталь изготовляется
обыкновенного качества по ГОСТу
380—60 и повышенного качества —
качественная — по ГОСТу 1050—60.
Углеродистая сталь обыкновенного
качества подразделяется на две груп-
пы А и Б и подгруппу В. Стали
группы А изготовляются с гаранти-
рованными значениями механических
характеристик; стали группы Б изго-
товляются с гарантированными зна-
чениями химического состава; стали
подгруппы В изготовляются с гаран-
тированным комплексом механиче-
температуры ских характеристик и химического
состава. Стали группы А применя-
ются для неответственных деталей, а для более нагруженных
деталей применяют стали группы Б или В. Стали группы А рас-
пространены значительно больше, чем стали групп Б и В. Стали
группы А изготовляются с гарантированными значениями предела
прочности и относительного удлинения, полученными после горя-
чей прокатки. По требованию заказчика должны быть обеспечены
определенные значения ударной вязкости и предела текучести.
Механические характеристики стали дифференцированы в за-
висимости от разряда толщины проката (см. табл. 32, в которой
приведены разряды толщин стали).
Таблица 32
Разряды тол цины гтального проката
Разряд Толщина проката в мм
Сортовая сталь Листовая сталь
1 До 40 От 4 до 20
2 Св. 40 до 100 Св. 20 » 40
3 » 100 » 250 » 40 » 60
274
В табл. 33 приведены механические характеристики углеро-
дистых сталей обыкновенного качества по ГОСТу 380—60.
Таблица 33
Механические характеристики горячекатаной
мартеновской стали обыкновенного качества
(по ГОСТу 380—60)
Марка стали ат в кГ/мм2 (не менее) Gq В кГ/ММ2 6 в % (не менее)
Размеры толщины проката 01О 6.
1 2 3
Ст.0 — — — Не менее 32 18 22
Ст.1 — —~ — 32—40 28 33
Ст.2 22 20 19 34—42 26 31
Ст.З 24 23 22 38—40 41—43 44—47 23 22 21 27 26 25
Ст.4 26 25 24 42—44 45—48 49—52 21 20 19 25 24 23
Ст.5 28 27 26 50—53 54—57 58—62 17 16 15 21 20 19
Ст.6 31 30 30 60—63 64—67 68—72 13 12 11 16 15 14
Ст.7 — —- — 70—74 75 и более 9 8 11 10
Ударная вязкость стали марки Ст.З — ан = 74-10 кГ- м/см2, стали Ст.4 — ан — 64-8 кГ- м/см2.
18:
275
Углеродистая качественная конструкционная сталь по
ГОСТу 1050—60 изготовляется в виде проката и поковок; выпла-
вляется в мартеновских или электрических печах и подразделяется
на две группы: группу I, с нормальным содержанием марганца, и
группу II, с повышенным содержанием. В буквенном обозначении
сталей группы II помимо цифры, показывающей сотые доли про-
цента содержания углерода, ставится еще буква Г. Образцы под-
вергаются механическим испытаниям. Механические характери-
стики качественной углеродистой конструкционной стали при-
ведены в табл. 34.
Таблица 34
Механические характеристики качественной углеродистой
конструкционной стали
(по ГОСТу 1050—60)
Группа стали Марка стали °т в кГ/мм2 ав в кГ ! мм2 6 s в % 4’ в % ан в кГ-м/см2
08 20 33 33 60
10 21 34 31 55
15 23 38 27 55 —
20 25 42 25 55 —
25 28 46 23 50 9
I 30 30 50 21 50 8
35 32 54 20 45 7
40 34 58 19 45 6
45 36 61 16 40 5
50 38 64 14 40 4
15Г 25 42 26 55 —
20Г 28 46 24 50 —
25Г 30 50 22 50 9
II ЗОГ 32 55 20 45 8
35Г 34 57 18 45 7
40Г 36 60 17 45 6
45Г 38 63 15 40 5
50Г 40 66 13 40 4
Поковки из стали изготовляются в соответствии с данными
ГОСТа 8479—57, которыми регламентируются требования, предъ-
являемые к поковкам из конструкционной углеродистой и легиро-
ванной сталей, изготовляемым методом свободной ковки и горя-
чей штамповки.
276
В зависимости от объема и методов контроля механических
свойств и условий комплектования партии, поковки подразде-
ляются на пять групп.
Группа I. Испытания механических свойств не производятся.
Поковки изготовляются из стали одной марки.
Группа II. Определяется твердость НВ образцов от партии.
Поковки изготовляются из стали одной марки и подвергаются
термической обработке по одному режиму.
Группа III. Определяется твердость НВ каждой поковки.
Поковки изготовляются из стали одной марки и совместно подвер-
гаются термической обработке.
Группа IV. Определяется твердость НВ каждой поковки и ме-
ханические характеристики от или ов, 65, ф и ан образцов от пар-
тии. Поковки изготовляются из металла одной партии и совместно
подвергаются термической обработке.
Группа V. Определяются механические характеристики каждой
поковки ат или <ув, 66, ф и ан. Каждая поковка принимается инди-
видуально.
Поковки подразделяются на категории прочности — КП в за-
висимости от механических характеристик металла. После обозна-
чения КП ставится цифра, соответствующая пределу текучести
металла. В зависимости от уровня пластических свойств каждая
категория разделяется на два вида А и Б. В зависимости от диа-
метра или толщины поковки разделяются по механическим харак-
теристикам. При увеличении диаметра или толщины поковки тре-
бования к пластическим свойствам материала снижаются.
В табл. 35 приведены данные о механических характеристиках по-
ковок из углеродистых и легированных сталей по ГОСТу 8479—57.
В арматуростроении диаметр или толщина поковки редко пре-
вышает 200 мм, поэтому данные, приведенные в табл. 35, ограни-
чены размером 200 мм.
Отливки из углеродистой стали по ГОСТу 977—65 подразде-
ляются на три группы: группа I — обыкновенного назначения;
группа II —ответственного назначения; группа III —особо от-
ветственного назначения.
Проверка твердости по Бринелю стали группы I произво-
дится лишь по требованию заказчика. Отливки группы II подвер-
гаются испытаниям по определению от, 8 и ан. У отливок группы!!!
проверяются значения ат, 8 и ан. Отливки II и III групп прове-
ряются по химическому составу. Химический состав отливок
I группы проверяется по сере и фосфору.
Отливки всех групп по требованию заказчика проходят до-
полнительно специальный вид контроля, если по мнению заказ-
чика в этом есть необходимость: испытание гидравлическим давле-
нием, дефектоскопия и пр.
В термически обработанном состоянии стали для отливок
должны удовлетворять данным, приведенным в табл. 36.
277
Таблица 35
Механические характеристики поковок из углеродистых
и легированных сталей
(по ГОСТу 8479—57)
Категория прочности 1 ZWW/.JH H D | zww/jx a 9o : Диаметр или толщина поковки перед термообработкой в мм НВ
до 100 101— 200 до 100 101— 200 до 100 101— 200 н м/смг
«5 В % Ф В % а в кГ-
КП18 18 36 28 25 55 50 6,5 6,0 101—140
КП20 20 40 25 22 55 50 5,5 5,0 111—156
3 КП22 22 44 22 20 53 48 5,5 4,5 123—167
X м КП25 25 50 20 18 48 42 4,0 3,5 140—179
ГО (X КП28 28 56 18 16 40 38 4,0 3,5 156—197
КП32 32 62 16 14 38 35 3,5 3,0 174—217
КП35 35 67 14 12 35 33 — — 187—229
X Kn36g 36 60 18 17 45 42 6,0 5,5 174—217
2 го CQ 14 12 42 40 5,5 5,0
sS О CQ и Kn40g 40 63 17 13 16 12 45 42 42 40 6,0 5,5 5,5 5,0 187—229
X 2 КП45ц 45 65 16 15 45 42 6,0 5,5 197—235
X и <и> 12 12 42 40 5,5 5,0
ЕГ X КП50^ 50 70 16 14 45 42 6,0 5,5 212—248
го 12 11 42 40 5,5 5,0
ными г. КП56ц 56 75 15 12 14 11 45 42 42 40 6,5 5,5 6,0 5,0 223 —262
X о> в 3 X KH60g (60) 80 14 12 13 11 45 42 42 40 6,5 5,0 6,0 4,5 235—277
1альными и ш д КП63£ 63 85 13 11 12 10 42 38 40 35 6,5 5,0 6,0 4,5 248—293
KI467g (67) 88 13 10 12 9 42 38 40 35 6,5 5,0 6,0 4,5 262—302
г о X КП716 D 71 90 13 9 12 8 42 38 40 35 6,5 5,0 6,0 4,5 269—311
X X 2 ф КП75ц (75) 95 13 9 12 8 42 38 40 35 6,5 5,0 6,0 4,5 277—321
го Д КП80£ 80 100 11 9 10 8 42 38 40 35 6,5 5,0 6,0 4,5 293—331
278
Таблица 36
Механические характеристики отливок из углеродистой стали
(по ГОСТу 977-65)
Марка стали Су. в кГ/мм2 ад в кГ/мм2 в в % 4’ в % ан в кГ-м/см2
15Л 20 40 24 35 5,0
20Л 22 42 22 35 5,0
25Л 24 45 19 30 4.0
ЗОЛ 26 48 17 30 3,5
35Л 28 50 15 25 3,5
40Л 30 53 14 25 3,0
45Л 32 55 12 20 3,0
50Л 34 58 11 20 2,5
55Л 35 60 10 18 2,5
Для отливок из углеродистой стали в арматуростроении наи-
более широко используется сталь марки 25ЛКП. Она применяется
при давлении Ру 64 кПсм2, и температуре t 425° С. Для
работы в условиях Ру -с 200 кПсм? и температуре 450° С, когда
требуется гарантировать определенные показатели ударной вяз-
кости, применяется сталь марки 25Л—III.
2. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Сталь, содержащая элементы, специально вводимые для при-
дания ей особых свойств, называется легированной. Существует
следующее приближенное подразделение сталей, согласно
ГОСТу 5200—50, по общему содержанию легирующих элементов:
низколегированные стали — общее содержание легирующих
элементов менее 2,5%;
среднелегированные стали — общее содержание легирующих
элементов от 2,5 до 10%;
высоколегированные стали — общее содержание легирующих
элементов свыше 10%.
Такое подразделение имеет приближенный характер, по-
скольку каждый легирующий элемент по-своему и в зависимости
от наличия других легирующих элементов влияет на свойства
стали. Более обоснованным является подразделение стали на че-
тыре класса в зависимости от структуры, образующейся при
обычном медленном охлаждении стали. По этому принципу раз-
личают стали перлитного, мартенситного, аустенитного и феррит-
ного классов.
В настоящее время применяются две системы обозначения
марок сталей. По основной системе обозначение марок сталей
279
выражается сочетанием цифр и русских букв, условно обозначающих
легирующие элементы, содержащиеся в данной стали, и цифр
(следующих за буквами), указывающих процентное содержание
данного элемента. Первая цифра в марке обозначает число десятых
процента углерода, цифры, следующие за буквами, показывают
целые проценты. Если содержание легирующего элемента не пре-
вышает одного процента, цифра за буквенным обозначением не
ставится. Некоторые марки сталей, выплавляемые с особо высо-
кими требованиями в части низкого содержания вредных примесей
серы и фосфора, имеют в конце обозначения букву А. Буквенные
обозначения элементов и основные свойства, сообщаемые сталям
этими элементами, приведены в табл. 37.
Таблица 37
Условные обозначения элементов в марках сталей
и основные свойства, сообщаемые сталям
Химический состав Латинское обозначение Обозначение в марке Основные свойства, сообщаемые стали
Алюминий А1 ю Хорошо раскисляет сталь. Способствует процессу азоти- рования стали. Повышает жа- ростойкость, сильно снижает сопротивление ползучести. Ис- пользуется для азотируемых сталей, не работающих при высоких температурах
Бор В р Используется редко в малых количествах (до 0,005%). Спо- собствует сохранению аусте- нитной структуры. При нали- чии других элементов повыша- ет прочность стали. Затруд- няет сварку
Ванадий V ф Способствует распаду аусте- нита. Повышает прочность стали и улучшает ее жаро- прочность. Улучшает свари- ваемость
Вольфрам W в Повышает прочность стали при высокой температуре и твердость. В аустенитных ста- лях уменьшает интеркристал- литную коррозию
Кобальт Со к Упрочняет аустенитные ста- ли. Повышает жаростойкость (окалиностойкость)
280
Продолжение табл. 37
Химический элемент Латинское обозначение Обозначение в марке Основные свойства, сообщаемые стали
Кремний Si с Хорошо раскисляет сталь. Повышает окалиностойкость, жаростойкость и жаропроч- ность стали. Способствует рас- паду аустенита
Марганец Мп г Хорошо раскисляет сталь. Способствует сохранению ау- стенитной структуры. Повы- шает ов и от до 300° С. Спо- собствует развитию тепловой хрупкости. Не применяется для сталей, работающих при высокой температуре
Молибден Мо м Способствует распаду аусте- нита. Повышает прочность и жаропрочность стали, особен- но при наличии других леги- рующих элементов
Медь Си д Повышает коррозионную стойкость стали. Используется ограниченно
Никель Ni н Способствует сохранению аустенитной структуры. Повы- шает прочность, пластичность и вязкость стали. Улучшает свариваемость. Совместно с хромом способствует развитию тепловой хрупкости в низко- легированных сталях
Ниобий Nb Б Способствует распаду аусте- нита. Повышает прочность и жаропрочность стали путем улучшения структуры
Титан Ti Т Способствует распаду аусте- нита. Улучшает структуру и прочность перлитных сталей. В аустенитных сталях пони- жает склонность к интеркри- сталлитной коррозии. Улуч- шает свариваемость
281
Продолжение табл. 37
Химический элемент Латинское обозначение Обозначение в марке Основные свойства, сообщаемые стали
Фосфор р п Используется в малых коли- чествах ~0,1% в некоторых строительных сталях
Хром Сг X Сильный раскислитель ста- ли. Способствует распаду ау- стенита. Повышает антикор- розионные свойства стали и жаростойкость (окалиностой- кость). При 5—8% хрома и более сталь становится нержа- веющей. Ухудшает сваривае- мость стали
Другая (вспомогательная) система обозначений стали обра-
зовалась в результате назначения экспериментальной исследова-
тельской электростали ЭИ порядкового номера, например ЭИ69,
обозначаемая по основной системе 4Х14Н14В2М. После выпуска
1000 порядковых номеров, последующие стали с 1959 г. обозна-
чаются новым порядковым номером с буквами ЭП, например,
стали ЭП1, ЭП2 и др. Существуют и заводские обозначения марок,
например ЭЯ1Т и некоторые другие.
Стали перлитного класса применяются в основном для арма-
туры, работающей при температуре не выше 450° С, и для крепежа.
Стали аустенитного класса используются для арматуры, работаю-
щей при высоких температурах, а также для арматуры химических
установок. Аустенитные стали имеют высокие пластические свой-
ства, жаропрочны и жароустойчивы, немагнитны и коррозионно
устойчивы. Ниже приведены некоторые данные о механических
характеристиках легированных сталей при нормальной темпера-
туре, применяемых в арматуростроении. Данные приведены для
термически обработанных образцов с указанием режима термо-
обработки. Область применения сталей для различных деталей
при высоких и низких температурах, а также механические харак-
теристики сталей при этих температурах и допускаемые напряже-
ния приведены в главах, где рассмотрены расчеты этих деталей.
По ГОСТу 5632—61 подразделяют: коррозионностойкие стали,
жаропрочные стали и жаропрочные сплавы.
В табл. 38 приведены механические характеристики легиро-
ванных сталей, коррозионностойких сталей, жаропрочных сталей
и жаропрочных сплавов, применяемых в арматуростроении.
282
Таблица 38
Механические характеристики легированных сталей, коррозиоииостойких сталей,
жаропрочных сталей и жаропрочных сплавов, применяемых в арматуростроении.
Образцы в термически обработанном виде
Марка стали zWW/jn я £ 0° И б В % % я * ан в кГм/см* Закалка Отпуск НВ (ориенти- ровочно)
t в °C Охлаждающая среда t в °C Охлаждающая среда
Яе менее
16М 25 40 25 60 12 880 Воздух 630 Воздух 149
зох 75 90 13 45 7 860 Масло 500 Вода, масло 187
35Х 80 95 12 50 7 860 Масло 500 Вода, масло 300
40Х 85 100 10 45 6 850 Масло 550 Вода, масло 320
15ХМ 30 45 22 60 12 900 Воздух 650 Воздух 156
ЗОХМА 85 100 12 45 8 880 Масло 540 Масло 229
35ХМА 90 105 12 45 8 850 Масло 560 Вода, масло 240
35ХГ2 70 85 12 45 8 860 Масло 600 Масло, вода 270
40ХФА 75 90 10 50 9 880 Масло 650 Масло, вода 260
12ХМФ 23 45 22 50 10 970 Воздух 750 Воздух 156
12Х1МФ 25 50 22 50 9 980 Воздух 750 Воздух 156
25Х2МФА (ЭИ 10) 80 95 14 55 8 900 Масло 620 Воздух 240
2X13 65 85 10 50 6 1050 Масло, воздух 650 Масло 300
3X13 70 90 10 35 5 1050 Масло 650 Масло 270
15Х11МФ 50 70 16 53 6 1050 Воздух 740 Воздух 240
15Х1М1Ф 38 58 23 75 24 1050 Нормализация Воздух 750 Воздух —
Продолжение табл. 38
Марка стали sww/jj/ а я % % я 9 % я ф 3 о д е и Закалка Отпуск НВ (ориенти- ровочно)
t в °C Охлаждающая среда t в °C Охлаждающая среда
38ХМЮА 85 100 15 50 9 940 Масло 640 Воздух 230
38ХВФЮ 85 100 15 50 9 940 Масло 640 Воздух 230
Х17 25 40 20 50 3 — — 760 Воздух 170
1Х17Н2 (ЭИ268) 90 ПО 10 50 5 970 Масло 300 Воздух RC3t>
ЭИ578 45 65 18 — 12 Горячекатаная — — 230
ЭИ 572 34 70 — — — — — — — —
Х18Н9 20 55 40 55 26 1100 Вода — — —
0Х18Н10 18 54 50 50 25 1050 Вода — — —
Х18Н9Т 20 55 40 55 25 1100 Вода — — —
Х18Н10Т 20 55 40 55 30 1100 Вода — — —
1Х18Н12Т 20 55 40 55 30 1100 Вода — — 200
Х17Н13М2Т (ЭИ448) 22 55 40 55 — 1100 Вода — — 180
X17H13M3T (ЭИ432) 22 55 40 55 — 1100 Вода — — 180
1Х14Н14В2М (ЭИ257) 22 55 35 53 24 1150 Вода 750 Старение 175
1Х14Н14В2МТ (ЭИ257Т) 22 55 35 53 24 1150 Вода 750 Старение 175
4Х14Н14В2М (ЭИ69) 34 65 35 40 10 1175 Вода 750 Старение 170
Х18Н28МЗД4 (ЭИ530) — 60 40 — 20 1150 Вода — — —
Х23Н23МЗДЗ (ЭИ533) — 60 40 — 20 1150 Вода — — —
Х23Н28МЗДЗ (ЭИ629) — 60 40 — 20 1150 Вода — — —
ЭИ654 45 73 25 40 3,5 1000 Вода — — —
Продолжение табл. 38
285
Марка стали °т в кГ/ммг м * м б в % ф в % м Q * Закалка Отпуск НВ (ориенти- ровочно)
t в °C Охлаждающая среда t в °C Охлаждающая среда
ХН35ВТ (ЭИ612) 40 75 15 40 11 1180 Вода 750 Старение 210
1Х14Н16Б (ЭИ694) 25 57 50 73 21 1120 Воздух — — —
1Х14Н18В2Б (ЭИ695) 22 55 35 70 22 1150 Воздух — — —
1Х13Н18В2БР (ЭИ695Р) 22 55 35 70 22 1150 Воздух — — —
1Х16Н16ВЗМБ (ЭИ713) 25 55 40 65 20 1180 Вода — — —
Х18Н11Б (ЭИ724) 20 55 40 55 21 1100 Воздух — — —
20ХЗМВФ (ЭИ415) 60 80 13 40 6 1050 Воздух 680 — 269
ЭИ802 60 75 15 45 6 — — — — —
ЭИ723 100 ПО 16 64 6 — — — — —
ЭИ909 (20Х1М1Ф1) 85 95 15 68 6 980 Масло 700 Старение —
ЭИ405 24 55 40 50 8 1100 Вода 750 Старение 10 ч —
25ХЗНМ 45 65 18 40 6 910 Масло 680 — —
Х23Н18 (ЭИ417) 20 50 35 50 — 1150 Вода, воздух — — —
20ХНЗА 80 95 12 55 10 820 Масло 500 Вода или масло 240
ХН38ВТ — 65 50 52 — — — — — —
Х14Г14НЗТ (ЭИ711) 25 65 35 50 18 1080 Вода — — —
Х21Г7АН5 (ЭП222) 37 70 35 45 13 1050 Вода — — —
0Х23Н28М2Т — 55 35 — — — — — — —
0Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ943) — 55 35 — — — — — — —
ХН60В (ЭИ868) — 80 60 — — — — — — —
36НХТ (ЭИ702) 35 70 38 — — •— — — —“ —
В табл. 39 приведены стали, применяемые для изготовления
цилиндрических пружин из проволоки круглого сечения, и их
механические характеристики.
Таблица 39
Механические характеристики сталей для пружин
Марка стали ат в кГ/мм.2 ав в кГ/мм* в в % t В %
Углеродистая холоднотянутая сталь т ( d=2 мм класса I { d=6 » — 200 145 — —
класса II ( “М"* ( а~о » — 180 125 — —
ттт f d=2 мм класса III ( d=8 » — 140 100 — —
65Г 60С2 60С2А 50ХФА 4X13 Х18Н10Т 80 120 140 ПО 90 20 100 130 160 130 ПО 55 8 5 5 10 12,5 40 30 25 20 45 32 55
Механические характеристики отливок из легированных сталей,
применяемых в арматуростроении, приведены в табл. 40.
Таблица 40
Механические характеристики отливок из легированных сталей
Марка стали °7 в кГ/мм2 3 д еГ о ffl в % ан в кГ-м/см2 Вид термообработки и температура
20ХМЛ и 20ХЛ 25 45 18 30 3 Нормализация при 900° С. Отпуск при 650° С
20ХНЗЛ 40 60 12 20 6 Нормализация. От- пуск
20ХМФЛ 32 50 — — — —
ЛАЗ 24 45 20 — 4,5 Закалка, аустенити- зация при 1180° С, ох- лаждение на воздухе
15Х1М1ФЛ 50 35 12 30 3 Гомогенизация при 1040°С
286
Продолжение табл. 40
Марка стали °т в кГ/мм* в кГ /мм* o'* Ш О Ф В % гко/к а «о Вид термообработки и температура
10Х18Н9ТЛ 20 45 25 32 10 Закалка при 1100° С, охлаждение в воде
ЮХ18Н4Г4Л 25 45 25 25 8 Закалка при 1050° С, охлаждение в воде
10Х18Н12МЗТЛ 22 45 30 30 10 Закалка при 1150° С, охлаждение в воде
10Х18Н12М2ТЛ 22 45 30 30 10 Закалка при 1150° С, охлаждение в воде
5Х23Н28МЗДЗЛ 20 45 30 30 10 Закалка при 1150° С, охлаждение в воде
ЭИ654ЛК 25 50 15 30 2,8 Закалка при 1200° С, охлаждение в воде
5Х23Н28М2ТЛ 25 45 30 30 10 Закалка при 1150° С, охлаждение в воде
С повышением и понижением температуры свойства легиро-
ванных сталей изменяются различно в зависимости от структуры
химического состава и термообработки стали.
Глава IV. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
1. ЛАТУНИ
В арматуростроении широко используются цветные металлы и
сплавы: латуни, бронзы, алюминиевые сплавы, никелевые, тита-
новые и др. Наибольшее применение имеют латуни и бронзы.
Сплав меди с цинком называется латунью при содержании цинка
20—55%, при содержании цинка до 20% сплав меди с цинком на-
зывается томпаком. Для придания латуни необходимых свойств
вводят дополнительные присадки олова, кремния, свинца, алюми-
ния, никеля, железа или марганца.
Красная медь (марки Ml и М3) используется в арматуре глав-
ным образом для токопроводящих деталей и для прокладок в ар-
матуре, предназначенной для низких температур, если среда не
содержит кислот.
Марка латуни или томпака обозначается буквой Л, бронзы —
буквами Бр, после которых ставятся буквы, обозначающие назва-
ния компонентов сплава по начальной букве русского названия
Компонента (О — олово, М — медь, Мц — марганец, А — алю-
миний и т. д.). Цифры за буквами обозначают в латуни и томпаке
287
процентное содержание меди и других элементов, остальное —
цинк, в марках бронзы — процентное содержание компонентов.
В трубопроводной арматуре латуни применяются для изго-
товления уплотняющих колец арматуры для воды, ходовых гаек,
электропроводящих деталей приводов. В некоторых случаях из
латуни изготовляется также мелкая пароводяная арматура,
когда такая необходимость технически обоснована.
Латунь — пластичный материал, легко обрабатывается реза-
нием, имеет хорошую коррозионную стойкость (для повышения
коррозионной стойкости производится отжиг латуни). С пониже-
нием температуры механические свойства латуни повышаются,
поэтому она успешно применяется для арматуры, работающей при
низких температурах. В табл. 41 приведены механические харак-
теристики латуней, применяемых в арматуростроении.
Таблица 41
Механические характеристики латуней,
применяемых в арматуростроении
Марка латуни Вид заготовки и состояние материала °т в кГ/мм2 3 «0 to и 6 в % % Я ф. ан в кГ-м/см2
4е менее
Л62 и Л68 Прутки тянутые и ка- таные — 38 15 —
Термически обрабо- танная (мягкая) 11 36 49 66 14
Твердая (поковки и штамповки) 44 52 10 52 —
Л80 Катанка — 30 25 — —
(полутомпак) Термически обрабо- танная (мягкая) 12 31 52 69 16
Термически обрабо- танная (твердая) 36 56 10 40 —
ЛС59-1 Прутки тянутые и ка- таные — 40 12 — —
Отливки 15 34 27 — 2Л
ЛК80-ЗЛ Отливки в землю 24 25 10 11 —
Отливки в кокиль — 50 12 — 10
ЛМц58-2 Прутки тянутые и ка- таные — 43 25 — —
Отливки 16 36 24 47 12
ЛМцС58-2-2 Отливки в землю 16 25 10 — 7
Отливки в кокиль 13 35 8 5 —
ЛЖМц59-1-1 Прутки тянутые и ка- таные 18 50 18 — 12
288
Латуни применяются при температуре t 2254-250° С. Для
неответственных литых деталей арматуры, работающих при низ-
ких давлениях, применяется кремнистая латунь марки ЛК80-ЗЛ
и латунь свинцовистая марки ЛС59-1Л. Латунь ЛЖМц59-1-1
используется для поковок шпинделей, ходовых гаек и в других
случаях. Для изготовления ходовых гаек применяются также
латуни марок ЛК80-3, ЛМцС58-2-2 и ЛС59-1. Уплотняющие кольца
задвижек и вентилей изготовляются из латуней марок: Л62 (про-
кат), ЛМцС58-2-2 и ЛК80-ЗЛ (отливки). Латунь ЛЖМц59-1-1
может применяться для изготовления деталей арматуры, рабо-
тающей в условиях низких температур (до —196° С).
2. БРОНЗЫ
Бронза обычно имеет более высокие механические свойства,
чем латунь, но пластические свойства у бронзы хуже, чем у ла-
туни. В арматуростроении бронза применяется для изготовления
шпинделей, ходовых гаек, подшипников, втулок, венцов червяч-
ных колец, а также пружин, работающих в коррозионной среде
или электромагнитном поле. Раньше других начали применяться
оловянистые бронзы. Они устойчивы против атмосферной корро-
зии, обладают высокими прочностными и антифрикционными
свойствами. В настоящее время помимо оловянистых бронз для
изготовления деталей арматуры применяются свинцовистые, фос-
фористые, алюминиевые, кремнистые и др. Механические харак-
теристики бронз, применяемых в арматуростроении, приведены
в табл. 42.
Таблица 42
Механические характеристики бронз, применяемых в арматуростроении
Марка бронзы Вид заготовок и состоя- ние материала zWWlj-x а 1 «0 О й 6 в % 11? в % 1 СЙ о «
Не менее
БрАЖМцЮ-З-1,5 Прутки 19 60 12 30 6
Отливки в землю — 40 10 — —
Отливки в кокиль 16 50 12 25 6
БрАЖН 10-4-4 Прутки — 65 5 — —
Отливки — 65 10
БрАЖН11-6-6Л Отливки в землю и в кокиль 48 60 2 2 —-
19 д. ф. Гуревич
289
Продолжение табл. 42
Марка бронзы Вид заготовок и состоя- ние материала °г в кГ/мм2 в кГ/мм2 6 В % Ф В % ан Б кГ-mJcm2
Не менее
БрКМцЗ-1 Прутки тянутые d=- 14-е 30 мм — 48 15 — —
Прутки катаные d= 30-е-100 мм — 40 15 — —
Отливки в кокиль 10 35 25 — 13
БрАЖ9-4 Прутки — 55 15 — —
БрАЖ9-4Л Отливки в землю Отливки в кокиль 40 50 10 12 —' —
БрАМц9-2 Прутки тянутые до 30 мм — 55 12 — —
Прутки прессо- ванные 50—120 мм 30 48 20 — —
Отливки в землю и в кокиль 15 40 20 — —
Поковки 17 50 25 44 8
БрОЦЮ-2 Отливки 18 22 10 10 —
БрОЦСНЗ-7-5-1 Отливки в землю Отливки в кокиль 10 13 18 21 8 5 20 —
БрОЦС6-6-3 Отливки в землю Отливки в кокиль 8 15 18 6 4 6 2
БрБ2 Прутки и полосы мягкие 25 40 30 — —
Полосы твердые толщиной до 6 мм — 66 2 — —
Облагороженная (закалка с 800° в во- де, отжиг при 300°; 2 ч) 128 130 1,5 1,25
БрББ Проволока до 12 мм, облагорожен- ная 130 0,5 — —
290
Безоловянистая бронза БрАЖМц10-3-1,5 применяется для
изготовления шпинделей и ходовых гаек, работающих в широком
диапазоне температур (от—180 до +300° С). Бронза БрАЖН10-4-4
используется для шпинделей, а бронза БрАЖН! 1-6-6 — для ходо-
вых гаек, работающих при температуре от —180 до +350° С. Для
изготовления литых деталей, работающих при низких темпе-
ратурах (до —180° С), применяется безоловянистая бронза
БрАЖН! 1-6- 6Л. Детали, работающие в морской воде, изготовляют
из бронзы БрОЦЮ-2.
3. АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Алюминиевые сплавы не получили очень широкого применения
в арматуростроении в связи с тем, что они могут быть использо-
ваны лишь в сравнительно узком диапазоне температур (от —80
до +100° С). Из алюминиевых сплавов марок АЛ2 и АЛ8 изготов-
ляется мелкая арматура, краны и детали приводов. Алюминий
марки АО применяется для изготовления арматуры, работающей
на азотной кислоте при давлении не более 6 кГ1смъ и температуре
до —196° С. Алюминий А2 используется для прокладок, работаю-
щих при температуре от —198 до +300° С. Алюминиевые листы
изготовляются марки АО, с содержанием 99,6% алюминия, либо
марки А2, с содержанием алюминия 99,0%. Механические харак-
теристики алюминия марки АО следующие: предел прочности
св = 7 кПмм\ относительное удлинение 6 = 8%; алюминий
марки А2 имеет предел прочности <тв = 154-13 кПмм? и 6 = З-н
5%. Прутки, изготовленные из алюминия АД и АД1, содержат
99% алюминия, имеют предел прочности сгв = 11 кПмм1 и 6 =
= 25%. В табл. 43 приведены механические характеристики
алюминиевых сплавов, применяемых для изготовления деталей
арматуры.
Таблица 43
Механические характеристики отливок,
изготовляемых из алюминиевых сплавов
Марка сплава Метод отливки °т в кГ/мм* % в кГ/мм1 6 в % ан в кГ-м/см?
АЛ2 В землю 8 15 4 0,7
В кокиль 8 16 2 0,5
АЛ8 В землю 12 28 9 1
В кокиль 13 30 5 0,3
С повышением температуры прочность алюминиевых сплавов
быстро снижается; так, например, при 200° С предел текучести и
предел прочности уменьшаются примерно в 1,5 раза по сравнению
19* 291
со значениями этих параметров при нормальной температуре.
Модуль упругости алюминиевых сплавов при нормальной темпе-
ратуре Е 7000 кГ/мм2.
4. НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ
Никель и никелевые сплавы хорошо противостоят действию
коррозионных сред и, в частности, действию морской воды. Одним
из важнейших свойств никеля является его способность сохранять
пластичность при низких температурах. В интервале температур
от +650 до —271° С пластические свойства никеля не изменяются.
Из никелевых сплавов наибольшее значение для арматуры
имеет монель-металл НМЖМц28-2,5-1,5, устойчивый против дей-
ствия морской воды, содержащий никеля 68%, меди 28%, железа
2,5% и марганца 1,5%. Его механические характеристики приве-
дены в табл. 44.
Таблица 44
Механические характеристики монель-металла
Состояние металла ат в кГ/мм2 в кГ/мм2 6 в % ан в кГ'М/см2
Не менее
Прутки тянутые мягкие, d=5-> 45 25
ч-40 мм
Прутки тянутые твердые, d=5-=- — 60 10 —
—40 мм
Прутки катаные <1=35-ь70 мм — 50 18 —
Отливка в землю 21 35 20 9,5
Твердый монель-металл 55 63 18 8
Помимо монель-металла в арматуре применяется никель
(ограниченно) следующих марок: Н1 (99,8%), Н2 (99,6%) и НТ.
5. ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ
Титан и титановые сплавы получают все большее применение
в технике и, в частности, в арматуростроении. Титановые сплавы
имеют высокие механические характеристики, хорошую корро-
зионную стойкость и относительно малый удельный вес (у =
== 4,5 а+м3), но они значительно дороже кислотостойкой стали
Х18Н10Т. Титан имеет низкие антифрикционные свойства и склон-
ность к задиранию при трении скольжения, поэтому рабочие
поверхности пар трения должны подвергаться соответствующей
обработке либо наплавке. Титан по титану и по другим металлам
имеет высокий коэффициент трения. Он быстро наволакивается
(налипает) при трении скольжения и хуже, чем сталь, адсорби-
рует смазку.
292
В среде, содержащей 30—35% и более кислорода под давле-
нием титан способен самовозгораться даже при комнатной темпе-
ратуре. Титан стоек в атмосферных условиях, в пресной и морской
воде, горячих минеральных маслах, щелочах калия и натрия,
пищевых продуктах, в ряде кислот и других средах. Титан яв-
ляется хорошим коррозионностойким материалом для работы
в сильно агрессивных средах в присутствии следов окислителей.
Арматура из титановых сплавов пригодна для работы при низких
и повышенных температурах, она обычно выполняется сварной,
сварка производится в среде инертного газа — аргона, гелия или
их смеси, под слоем специального бескислородного флюса. Из ти-
тановых сплавов изготовляются также сильфоны. В табл. 45 при-
ведены механические характеристики некоторых титановых
сплавов.
Таблица 45
Механические характеристики некоторых титановых сплавов
Марка сплава Состояние материала 1 к О м Со О М 6 в % С'- СО I щ <3 «
Не менее
ВТ1 Поковки 40 50 20 50 7
ВТЗ-1 Поковки 80 90 10 25 3
ВТ5 Прутки и поковки 70 80 12 30 3
4ВТЗ Прутки и поковки 65 70 14 40 4,5
ВТ1Д1 Листы до 2 мм — 45 25 50 —
Глава V. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
АРМАТУРЫ
А. ПЛАСТМАССЫ
Опыт применения пластмасс в трубопроводной арматуре еще
сравнительно невелик, и окончательные рекомендации могут
быть разработаны лишь через определенный период времени на
основании результатов тщательного анализа эксплуатационного
опыта. Применение пластмасс в арматуре идет по двум основ-
ным линиям: использование их как коррозионностойких мате-
риалов для изготовления или облицовки внутренних поверхно-
стей (футерования) корпусов, крышек, тарелок клапанов и дру-
гих деталей, непосредственно соприкасающихся с коррозионными
средами, и как материалов, заменяющих металлы для изготовления
293
втулок, шестерен, гаек и др. с целью облегчения веса деталей;
уменьшения трения, шума или использования их диэлектрических
и диамагнитных свойств.
1. ВИНИПЛАСТ
Винипласт представляет собой твердую негорючую
пластмассу, получаемую путем термической пластификации поли-
винилхлоридных смол. Винипласт обладает высокой химической
стойкостью против действия многих агрессивных сред — кислот,
щелочей и их растворов. Из винипласта изготовляются некоторые
конструкции трубопроводной арматуры — вентили, краны, кла-
паны и др. Винипласт используется также как футеровочный
материал. Применяется для рабочей среды с температурой до
40—60° С.
2. ФТОРОПЛАСТ
Фторопласт-4 является полимером тетрафторэтилена.
По химической стойкости фторопласт-4 и его сополимеры превос-
ходят все химически стойкие материалы, включая золото и пла-
тину. Практически стойкий против химического действия всех
минеральных и органических кислот, щелочей, органических
растворителей, окислителей и других агрессивных сред. Раз-
рушается лишь под действием расплавленных щелочных металлов
и элементарного фтора. По внешнему виду фторопласт-4 напоми-
нает парафин, имеет белую и скользкую поверхность. Не смачи-
вается водой и не набухает. Обладает очень высокими диэлектри-
ческими характеристиками и имеет очень низкий коэффициент тре-
ния движения.
Детали из фторопласта-4 изготовляются из порошка путем
прессования и последующей термической обработки — нагрева
до 375° С с охлаждением. Фторопласт-4 после закалки приобретает
повышенные прочность и удлинение, но при этом снижается его
модуль упругости. Закаленные детали целесообразно использо-
вать лишь при эксплуатации в условиях нормальной темпера-
туры, так как при повышенной температуре закалка снимается.
Обычно температура эксплуатации лежит в пределах от —195
до +250° С. Пленка из фторопласта-4 при температуре ниже
минус 100° С сохраняет гибкость. Недостатком этого материала
является ползучесть, которая повышается с увеличением удельной
нагрузки и температуры. Постоянное течение материала создается
при удельных давлениях q = 200ч-250 кПсм2, но уже при удель-
ной нагрузке q == 30 ч-50 кПсм2 создается заметная остаточная
деформация. Некоторые сополимеры фторопласта-4 имеют повы-
шенные механические свойства по сравнению с фторопластом-4,
сохраняя вместе с тем химическую инертность. Фторопласт-4
используется для изготовления деталей кранов, вентилей, труб,
сильфонов, мембран, прокладок, сальниковых набивок и различ-
ных деталей электро- и радиоаппаратуры.
294
фторопласт-.') является полимером мопихлортрнфтор-
этилена. Представляет собой химически инертный материал, стой-
кий против всех кислот и щелочей. Разлагается при высокой тем-
пературе под действием расплавленных щелочных металлов и
элементарного фтора. Выпускается промышленностью в виде
плит толщиной 1—8 мм, трубок и шнура. Фторопласт-3 исполь-
зуется также для покрытия шероховатых металлических поверх-
ностей, покрытие производится поверхностей, предварительно
нагретых до температуры 275° С, которые затем резко охлаж-
даются. При нагревании фторопласт-3 кристаллизуется и стано-
вится хрупким, поэтому область его применения ограничивается
температурами t «g 70° С.
3. ПОЛИЭТИЛЕН
Полиэтилен представляет собой высокомолекулярный
продукт полимеризации этилена. Обладает высокой химической
стойкостью против многих агрессивных сред. Используется для
работы при температуре в пределах от —60 до -{-50° С.
Выпускаются следующие марки полиэтилена: ПЭ-500, ПЭ-450,
ПЭ-300 и ПЭ-150, в которых цифры обозначают величину относи-
тельного удлинения при разрыве в %. Каждая из марок полиэти-
лена, в зависимости от пластичности, подразделяется на пять ти-
пов. Марки полиэтилена, обладающие большим удлинением и
пластичностью, используются обычно как кабельные материалы
для изоляции проводов.
Полиэтилен используется как коррозионностойкий материал
для изготовления и футерования арматуры, изготовления отдель-
ных деталей, уплотняющих колец, прокладок. Из полиэтилена
иногда изготовляют шестерни для бесшумной работы и некоторые
другие детали.
4. ПРОЧИЕ ПЛАСТМАССЫ
Текстолит — слоистый пластик, получаемый путем прес-
сования уложенных слоями полотнищ ткани, пропитанной смолой
фенолоформальдегидного типа. Из текстолита наиболее часто изго-
товляют шестерни и подшипники. Используется при температуре
t 100° С.
Древесные слоистые пластики (ДСП) выпускаются в виде плит
и листов, изготовленных из тонких листов лущеной древесины
(шпона), пропитанных синтетической смолой и склеенных между
собой при высокой температуре и давлении. В машиностроении
наиболее широко применяются следующие марки.
ДСП-Б — со смешанным расположением волокна в слоях
шпона. Через каждые 5—20 слоев с параллельным расположением
волокна размещается один слой с перпендикулярным направле-
нием. Древесный волокнистый пластик ДСП-Б используется как
конструкционный и антифрикционный материал.
295
ДСП-В — с перекрестным расположением волокон в смежных
слоях используется как конструкционный материал в тех случаях,
когда необходимо иметь одинаковую прочность при растяжении,
сжатии и изгибе вдоль и поперек волокон.
ДСП-Г — со звездообразным расположением волокон в смеж-
ных слоях. Этот пластик обычно используется для изготовления
зубчатых колес и шкивов. В арматуре получили распространение
червячные шестерни электроприводов из ДСП-Г.
Древесные слоистые пластики используются для работы при
температуре t 100° С.
Ф а о л и т — кислотоупорная пластмасса, изготовляемая на
основе бакелитовой смолы (фенолоформальдегидной резольной,
т. е. при нагревании способной переходить в неплавкое нераство-
римое соединение) с наполнителем из асбеста (либо из асбеста с гра-
фитом или песком). Применяется как для футерования арматуры,
работающей при температуре среды до t = 120° С, так и для из-
готовления некоторых конструкций вентилей и кранов.
Капрон, полипропилен и нейлон получают применение в маши-
ностроении для изготовления некоторых деталей. В частности,
капрон используется в ряде случаев как износоустойчивый мате-
риал для изготовления втулок подшипников. Нейлон в некоторых
случаях может быть использован для изготовления крепежных
деталей. Капрон гигроскопичен, он впитывает влагу из воздуха
и воды и набухает; с повышением температуры теряет прочность,
поэтому применяется в арматуре редко и лишь для температур от
— 10 до +70° С.
5. ВЕНТИНИТ-65
Для изготовления уплотняющих колец вентилей разработан
новый асбофрикционный материал вентинит-65. Он употребляется
вместо бронзовых колец для рабочей температуры среды до 225° С.
Этот материал имеет твердость по Бринелю 15—20, предел проч-
ности на сжатие составляет 200 кПсм2.
Б. ГРАФИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Графит представляет собой один из видов чистого углерода, он
имеет кристаллическую решетку, в которой силы сцепления между
атомами велики, но структура материала слоистая, со слабой
связью между слоями, поэтому скольжение одного слоя относи-
тельно другого происходит легко, при малых действующих силах.
На поверхности большинства металлов графит образует пленку,
благодаря значительным силам молекулярного сцепления. Тонкий
слой графита на поверхности металла заполняет микронеровности,
частицы графита, ориентируясь в направлении движения, создают
хорошие условия для снижения сил трения между поверхностями
соприкасающихся деталей.
296
Графит может быть естественного происхождения и искус-
ственный; последний получается путем обогащения естественного
графита, угольных материалов (кокса, антрацита и др.) термиче-
ской обработкой при температуре в 3000° С. В технике исполь-
зуется в основном искусственный графит. Для антифрикционных
материалов применяется графит, получаемый в виде порошка из
нефтяного кокса — остатка перегонки мазута.
Цвет графита от серебристого до черного, удельный вес в преде-
лах 1,6—2,3, температура плавления 3845° С. Коэффициент ли-
нейного расширения примерно в четыре раза меньше, чем у стали
и чугуна (2,7 • 10~6), коэффициент теплопроводности в несколько
раз выше, чем у черных металлов. Графит обладает хорошей элек-
тропроводностью. Модуль упругости при сжатии Е = 4,7-104—
—7,5 • 104 кПсм2, он имеет постоянное значение до разрушения мате-
риала. Коэффициент сухого трения 0,03—0,05. В пределах темпе-
ратур от —200° С до +800° С его физические и механические свой-
ства изменяются мало.
Недостатком этого материала является хрупкость и пори-
стость. Детали из графита чувствительны к местным напряже-
ниям, возникающим в местах резкого изменения формы. Пори-
стость графитовых материалов достигает 25%, размеры пор
около 1 мк. При малых толщинах стенки среда может просачи-
ваться сквозь материал. Для устранения пористости графитовые
материалы пропитываются различными составами, что, не снижая
антифрикционных свойств материала, приводит и к повышению
его прочности.
Основными из выпускаемых антифрикционных графитных ма-
териалов являются материалы марки АО — антифрикционный
обожженный и марки АГ — антифрикционный графитированный.
Первый используется для работы по чугуну и хромовым покры-
тиям, второй — для работы по стали. В обозначение марки входит
давление прессования порошков в кПсм2 (АО-600, АО-1500 и т. д.).
Материал марки АГ проходит процесс графитизации при высокой
температуре, в связи с чем улучшается его кристаллическая ре-
шетка, повышается теплопроводность и электропроводность, но
механические характеристики его по сравнению с материалом
АО снижаются.
Антифрикционные графитные материалы, пропитанные фе-
нолформальдегидными смолами и кремнийорганическими соста-
вами, обладают в 1,5—2,0 раза более высокими механиче-
скими характеристиками по сравнению с непропитанными, но
предельная температура их применения снижается и стано-
вится равной предельно допустимой температуре материала про-
питки.
Применяются также графитные материалы, пропитанные метал-
лами: свинцом, баббитом, медью и пр. По объему такие мате-
риалы содержат всего 7—12% металла, и удельный вес их
297
увеличивается на 40—70%. Такие материалы при определенной
толщине непроницаемы для жидких и газовых сред.
Промышленностью выпускаются следующие углеметаллические
материалы: углесвинцовооловянистый АО-1500-СО5, пропитанный
свинцом с 5% олова, и углебаббитовый АО-1500-Б83, пропитан-
ный баббитом Б83, графитосвинцовооловянистый АГ-1500-С05 и
графитобаббитовый АГ-1500-Б83. Углеграфитометаллические
материалы хорошо работают в средах: вода, антифриз, фреон,
жидкое топливо и др. Они могут быть использованы при низких
температурах до —60° С.
Композиционные материалы, получаемые горячим прессова-
нием смеси порошков искусственного графита и фенолформальде-
гидных смол, называются антегмитами (ATM). В результате
прессования получаются детали, имеющие готовую форму или
требующие незначительную дополнительную обработку. Некото-
рые данные о механических характеристиках графитных материа-
лов приведены в табл. 46.
Таблица 46
Механические характеристики некоторых графитных материалов
Марка Пропитка Предел прочности
на сжатие ав. сж в кГ/см* на изгиб °в. изг в кГ/смг
АО Непропитанный 1500—2000 600—900
АО Фенолформальдегидная смо- 4000 1700
ла
АО Кремнийорганические со- 3500 1300
единения
АГ Непропитанный 700—1000 300—500
АГ Фенолформальдегидная смо- 1500 700
ла
АГ Кремнийорганические соеди- 1000 600
нения
АО-1500-СО5 Свинец с 5% олова 1000 —
АГ-1500-С05 Свинец с 5% олова 700 —
АО-1500-Б83 Баббит Б83 1100 —
АГ-1500-Б83 Баббит Б83 800 —
АТМ-1 — 1000—1200 400-500
ATM-10 — 550 260
АТМ-1 Г — 450 200
Графитный материал марки 2П-1000 имеет предел прочности на
сжатие в 1300—1400 кПсм* и хорошо работает со сталью 2X13
даже в морской воде.
298
В трубопроводной арматуре из графитных материалов изготов-
ляются набивки и кольца для сальниковых набивок паровой арма-
туры- Подшипники скольжения и направляющие втулки в ряде
случаев могут быть также изготовлены из этих материалов. Поло-
жительные результаты дали испытания поршневых колец из гра-
фитных материалов; они могут применяться в поршнях пилотных
устройств регуляторов давления и в предохранительных клапанах.
Детали кранов и другие, работающие в коррозионных средах,
могут изготовляться из графитов.
Графитные материалы находят также применение в предохрани-
тельных устройствах химических производств в виде разрывных
мембран, устанавливаемых в металлические обоймы с круглыми
окнами. При достижении давления выше предельно допустимого
графитная мембрана продавливается через окно и открывает путь
среде.
В. СТЕКЛО И КЕРАМИКА
Стекло успешно применяется для изготовления труб и мо-
жет быть использовано для изготовления трубопроводной арма-
туры. Стекло с давних пор успешно применяется, например, для
изготовления мерных стекол. Хрупкость стекла создает серьезные
препятствия для внедрения стеклянной арматуры в промышленное
производство, однако в лабораторных условиях она используется
успешно. Наиболее пригодным для изготовления арматуры явля-
ляется боросиликатное стекло, содержащее окись бора, оно имеет
высокую химическую стойкость и теплоустойчивость. Механиче-
ские характеристики боросиликатного стекла приведены в табл. 47.
Стекло-ситалл заслуживает особого внимания, так как
оно обладает высокой химической стойкостью, прочностью (при-
ближающейся к прочности стали), жаропрочностью и отсутствием
хрупкости. Это стекло нечувствительно к ударам и резким измене-
ниям температуры, поэтому оно должно найти применение и для
изготовления деталей арматуры.
Кварц плавленый представляет собой химически
стойкий материал, имеет ничтожно малый коэффициент линейного
расширения, но хрупок.
Диабаз плавленый может быть использован для
изготовления простейших деталей и для футеровки их.
Фарфор и кислотоупорная керамика
также могут быть использованы лишь для изготовления простей-
ших деталей. Детали из этих материалов химически устойчивы, но
хрупки. Пористая керамика глазуруется. Механические характе-
ристики керамики приведены в табл. 47. Износостойкость и корро-
зионная стойкость керамических деталей очень высокая, и они
обычно выходят из строя не в результате действия коррозии, а по
Другим причинам. Керамические детали чувствительны к резким
изменениям температуры и к ударам, поэтому непригодны для
GO
Ф
Ф
Механические характеристики некоторых неметаллических материалов и пластмасс,
применяемых для изготовления арматуры
Таблица 47
Материал Предел прочности в кГ]см2 б в % в кГ-см/см2 НВ
®в. раст с ж ав. азе V ср
Винипласт 400 800 900 420 20 — —
незакален- Фторопласт-4 ный закаленный 140—250 160—315 200 110—140 — 250—500 100 3—4
незакален- Фторопласт-3 ный закаленный 350—400 300—350 500—570 600—800 — 20—40 100—200 20—30 10-13
Полиэтилен ПЭ-300 100 125 120—170 — 300 16 2-3
Пластикат листовой поли- хлорвиниловый — 100 — — 150 — —
Фаолит А формованный 200 600—900 500 300 — 2—6 20
Капрон (капролактам) 600—800 — — — — —
Стекловолокнистый мате- риал АГ-4, В сГ 800 3000 1300 1300 1000 5000 — — — —
Продолжение табл. 47
Материал Предел прочности в кГ/см* в в % ан в кГ-см/см2 НВ
$в. раст $в. сж ав. изг хв. ср
Текстолит ПТК 1200 2500 * Г500 1600 — — 35 —
ПТ 850 2300 1300 1450 — — 35 —
ПТ-1 650 2000 1200 1200 — — 25 —
Древесные слоистые пла- Вдоль Вдоль ВОЛОКОН По клее-
стики ВОЛОКОН вому шву
ДСП-Б 2600 1600 2800 150 — 80 —
дсп-в 1400 1250 1800 140 — 30 25
ДСП-Г — 1250 1500 140 — 30 25
Боросиликатное стекло 500—900 6000—12 000 — — —
Керамика 60—115 3200—5800 230—460 250—300 — 1,3—1,9 __
Числитель — при сжатии перпендикулярно слоям, знаменатель — при сжатии вдоль слоев.
работы в условиях смены температур и на морозе свыше —40° С.
Изготовление керамических деталей происходит путем формовки,
прессования или отливки и последующего обжига при температуре
1120—1300° С. Керамические материалы не получили распростра-
нения в арматуростроении из-за низких механических свойств и,
в частности, хрупкости. Появление химически стойких пластмасс
в значительной мере снизило интерес к этим материалам.
Стекловолокнистый материал (СВAM) типа АГ-4 используется
для температур от —60 до +200°С.
Глава VI. СПЛАВЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ
УПЛОТНЯЮЩИХ КОЛЕЦ
1. ЛАТУНИ
Арматура из серого и ковкого чугуна и из стали при рабочей
температуре воды или пара до 225—250° С снабжается латунными
уплотняющими кольцами. Они изготовляются в виде отдельных
деталей и закрепляются в арматуре (в корпусах, клиньях, дисках
и тарелках) путем пластической деформации кольца в канавках
типа «ласточкин хвост», «на ус» и др. Весьма целесообразным яв-
ляется наплавка латуни непосредственно на уплотняющие поверх-
ности соответствующих деталей, что позволило бы сократить
количество цветного металла, затрачиваемого на арматуру, и упро-
стило бы обработку деталей. Попытки освоить этот процесс пред-
принимались давно и в ряде случаев заканчивались успешно,
однако повсеместного применения этот метод не получил — не
всегда обеспечивалась плотность наплавленного слоя и его проч-
ное сцепление с основным. Следует признать целесообразным даль-
нейшую разработку и внедрение этого технологического процесса.
2. ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Наплавка высоколегированных сталей на уплотняющие по-
верхности для улучшения работы арматуры применяется широко.
Наплавленный металл в зависимости от марки электрода в раз-
личной степени сообщает поверхности коррозионную и эрозионную
стойкость, износостойкость и устойчивость против задираний.
Наплавленные поверхности легко ремонтируются путем восста-
новления наплавленного слоя. Наплавка производится электро-
дуговым методом или с помощью ацетиленового пламени. Наплав-
ленные материалы должны по возможности иметь коэффициент
линейного расширения, равный или близкий к коэффициенту
линейного расширения основного металла, и достаточные пласти-
ческие свойства, чтобы при температурных изменениях не проис-
ходило растрескивания наплавленного металла. Качества наплав-
ленного слоя зависят от материала стержня электрода, от состава
обмазки и от режима наплавки. В настоящее время для изготовле-
302
ния стержней электродов применяются в основном следующие
стали: 0Х18Н9, 0Х18Н9Т, Х18Н10Т, Х25Н13, Х25Н20 и 2X13.
Некоторые данные о свойствах наплавленных слоев из высоко-
легированных сталей и области их применения в арматуре приве-
дены в табл. 48.
Таблица 48
Применение высоколегированных сталей
для наплавки уплотняющих поверхностей арматуры
Материал стержня электрода Марка электрода (наплавка постоянным током) Область применения Основные свойства наплавленного слоя
0Х18Н9 ЭНТУ-ЗМ Наплавка арматуры для воды и сварка ки- слотостойкой стали Металл типа 18-8 ов>50 кПмм?\ 6>35%; ак^12 кГ-м/см2
0Х18Н9 ЦН-6 Наплавка вентилей для воды и пара повы- шенных параметров (7sy «=500° С) RC 28—32
ОХ18Н9Т ЦТ-1 Наплавка арматуры для воды и коррозион- ных сред. Сварка жаро- прочных сталей ЭИ257, ЭИ69 и др. Наличие молибдена создает слой без трещин. /=20° С; 00=73; 6=33,5%; ак=7,1; /=450° С; <тв=58; 6=32,2%; ак=7,3; /=650° С; ав=45; 6=45,2%; ан=7,5
Х18Н10Т цл-зм Наплавка арматуры для воды. Сварка ки- слотостойкой стали с%'2=50 кПмм2-, 6>г >г35%; ак= 12 кГ-м/см?
Х18Н10Т ЦЛ-4 Наплавка арматуры для воды. Сварка ки- слотостойкой стали <Гв>г55 К.Г/ММ?', 6^ ys30%; аи= 11 к Г • м/см?
Х25Н13 ТКЗ-А Наплавка арматуры для воды и пара НВ 150-180
Х25Н13 ТКЗ-АТ Наплавка арматуры для воды и пара НВ 220—270
Х25Н13 ОЗЛ-2 Наплавка арматуры для воды. Сварка жа- ропрочных сталей Металл типа Х25Н13, легированный молибде- ном. ЩУабО кГ/мм1-, 6=35%; ац^ПЪкГ-м/смя
Х25Н20 . - 03 Л-1 Наплавка арматуры для воды. Сварка жа- ропрочных сталей Металл типа Х25Н20, легированный молибде- ном. кГ/лл2; 6=35%; ан= 12 к Г- м!см-
1 2X13 мн Наплавка вентилей НВ 350—400
303
3. СПЛАВЫ ПОВЫШЕННОЙ стойкости
Наплавка уплотняющих поверхностей такими сплавами при-
дает им наиболее высокие качества в отношении износостойкости,
эрозионной стойкости и стойкости против задиров как при высоких
температурах, так и при высоких давлениях. Поверхности, по-
крытые этими сплавами, имеют высокую твердость, обладают жаро-
прочностью и способны выдерживать большие удельные давления.
Недостатками являются: дороговизна и дефицитность материалов
(кроме сормайта), хрупкость наплавленного слоя, возможность
появления трещин при резких колебаниях температур. Для
наплавки уплотняющих поверхностей в арматуростроении приме-
няются следующие сплавы повышенной стойкости: стеллит ВЗК
(кобальтовый сплав ЦН-2), сплав ЦН-3 и сормайт № 1. Некоторые
данные об этих сплавах, применяемых в арматуростроении, и об-
ласти их использования приведена в табл. 49.
Таблица 49
Сплавы повышенной стойкости,
применяемые для наплавки уплотняющих поверхностей арматуры
Материал стержня электрода Марка электрода и метод наплавки Область применения Основные свойства 1 наплавленного слоя
ВЗК ВЗК. Наплавка ацетиленовым пламе- нем на деталь, на- гретую до 500° С. Охлаждение с печью с 600° С. Подслой в 2—4 мм из стали Х18Н10 Арматура высоких и сверхвысоких па- раметров, коррози- онных и агрессив- ных сред, высоких давлений, высоких температур. Тру- щиеся и уплотняю- щие поверхности при температуре от — 196 до +600° С Ов^бО кГ/мм2-} Высокая из- носостойкость, устойчивость про- тив эрозии, кор- розии и задира- ния
ВЗК ЦН-2. Наплавка постоянным током на деталь, нагретую до 600° С Арматура высоких и сверхвысоких па- раметров tpa6^ ^570? С Высокая из- носостойкость, устойчивость про- тив эрозии, кор- розии и задира- ния
0Х18Н9 ЦН-3. Наплавка постоянным током на деталь, нагретую до 600° С Арматура высоких и сверхвысоких па- раметров Высокая стой- кость против эро- зии и коррозии. Качества ниже ЦН-2
Сормайт № 1 Наплавка ацети- леновым пламенем Уплотняющие по- верхности задвижек 7?С^48
304
Глава VII. КОРРОЗИОННАЯ И ЭРОЗИОННАЯ
СТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ
1. коррозионная стойкость ЧУГУНОВ
Коррозионная стойкость материала приобретает решающее
значение в арматуре, работающей на коррозионных средах.
Вопросы коррозионной стойкости металлов находятся еще в стадии
широкого и интенсивного изучения. Несмотря на большое количе-
ство уже имеющихся данных, материалы по коррозионной стой-
кости еще достаточно четко не систематизированы. Для оценки кор-
розионной стойкости материалов еще нет общепринятой системы,
поэтому существуют различия в методах оценки, что мешает обоб-
щению имеющихся данных. Для металлов была приведена
10-балльная система оценки по скорости коррозии металлической
поверхности (см. табл. 23), однако привести все имеющиеся данные
к этой системе пока затруднительно. В большинстве случаев огра-
ничиваются более общей оценкой.
Серые и ковкие чугуны неустойчивы против действия коррозии
в связи с неоднородностью структуры. Наличие зерен графита
создает пористость, в силу которой среда вдоль графитных пласти-
нок проникает в металл, где создаются микропары, в которых
графит или цементит является катодом, а феррит анодом. Пара
феррит—цементит имеет меньший потенциал, чем пара феррит—
графит, поэтому чугуны, содержащие углерод в связанном состоя-
нии, являются химическими более стойкими. Литейная корка
химически более устойчива и создает препятствия для проникнове-
ния среды в металл, поэтому для повышения коррозионной стой-
кости чугунов желательно обеспечивать сохранение литейной
корки и высокую плотность отливки. В табл. 50 приведены некото-
рые данные о чугунах, применяемых для работы в коррозионных
средах.
Таблица 50
Чугуны, применяемые в арматуре для коррозионных сред
Чугун Предельная температура t в °C Область применения (среда)
Ферросилнд С-15 Ферросилид С-17 — Азотная кислота, серная, хромовая и др. Органические кислоты: уксусная, муравьиная, лимониая и пр. Неприме- ним для нагретой соляной кислоты, сер- нистой и фтористых соединений, раство- ряющих пленку SiO2
Антихлор МФ-15 — Соляная кислота и др.
Нирезист ЖЧНДХ15-17-2 600 20 Продукты горения топлива. Слабые растворы щелочей, серной и соляной кислот
20 Д. Ф. Гуревич 305
Продолжение табл. 50
Чугун Предельная температура t в °C Область применения (среда)
Щелочестойкий СЧЩ-1 Щелочестойкий СЧЩ-2 500 Растворы щелочей
Высоко хромистый Сг~ -30% 1200 Азотная кислота и ее соли, фосфорная, уксусная кислоты, хлористые соедине- ния, сера и ее соединен ня
Аустенитный Сгд;19%; Nia9% 1000 Азотная кислота
Кислотостойкий высоко- прочный квч — Серная кислота и др.
2. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СТАЛЕЙ
При выборе стали для деталей арматуры, работающей в корро-
зионных средах, используют как данные исследований, так и опыт
эксплуатации рассматриваемой стали в заданных условиях, так как
процессы коррозии различно проявляются в зависимости от усло-
вий работы арматуры. Так, в процессе работы арматуры на химиче-
ских аппаратах высокого давления, предназначенных для синтеза
аммиака, мочевины, искусственного жидкого топлива и некоторых
др., наблюдаются следующие виды коррозии сталей.
Азото-водородная коррозия (синтез аммиака),
степень действия которой на металл с повышением температуры
и давления повышается. В этих условиях рекомендуется применять
сталь марки 25ХЗНМ при работе арматуры на среде с температу-
рой 300° С и давлением Рра5 -<z 700 кПсм2. При температуре
500° С и давлении Ррай = 800-4-1000 кПсм2 рекомендуются стали
аустенитного класса.
Водородная коррозия, действующая в связи с реак-
цией, протекающей при высоких температурах между водородом
среды и углеродом стали. Степень действия коррозии увеличи-
вается с повышением температуры и давления. В этих условиях
(/ 200° С и Рраб 300 кПсм2) целесообразно применение сталей
с пониженным содержанием углерода и с легирующими элемен-
тами, связывающими углерод в виде карбидов.
Карбонильная коррозия (синтез метанола и изо-
бутанола) протекает при температуре 150—350° С и давлении
Т’рао = 325-н700 кПсм2. Устойчивыми в этих условиях являются
высоколегированные стали, содержащие хром 18—20% й более или
медь и марганцовистые бронзы (Мп = 1,5ч-2,0%).
Сероводородная коррозия протекает в арма-
туре, работающей на средах, содержащих серу и образующих
306
сероводород (процесс гидрогенизации топлива), при температуре
300°С. Для этих условий применяются хромомолибденовые стали
(Сг —3%, Мо —0,5%).
Коррозия раствором и плавом мочевины,
против которой устойчивы стали Х18Н12МЗТ и 0Х17Н16МЗТ.
Окончательное решение при выборе марки стали приходится
принимать с учетом ряда факторов. Коррозионная стойкость
сталей, как и других металлов, быстро падает с увеличением кон-
центрации раствора и повышением температуры, поэтому эти усло-
вия должны учитываться в первую очередь. Большое значение
имеет состояние материала — его микроструктура. Учитываются
также технологические свойства данной стали, ее стоимость,
а также необходимый срок службы арматуры. В табл. 51 приве-
дены некоторые данные о применимости сталей, алюминия и меди
для ряда химических сред при нормальной температуре.
Таблица 51
Применимость сталей, алюминия и меди в арматуре
для некоторых коррозионных сред при температуре t = 20° С
Коррозионная среда Малоуглеродистая сталь (железо) Х17 и 1Х17Н2 Х18Н4Г4 Х18Н10Т и Х18Н12М2Т Х23Н28МЗДЗ и Х23Н23МЗДЗ Алюминий Медь
Азотная кислота н 65 50 90 — 60 —
Серная кислота н Н Н 100 100 40 —
Соляная кислота н Н Н 5 — — —
Уксусная кислота н 10 50 100 — 100 100
Фосфорная кислота — 5 50 90 — — —
Едкий натр — 30 20 30 — — —
Аммиак (газ и водные рас- творы любой концентрации) — П П п — — —
Спирты бутиловый и эти- ловый п П п п п п п
Углеводороды жидкие п П п п п п н
Примечания: 1. Цифры в таблице обозначают предельно допустимую концентрацию в %. 2. Буквенные обозначения: Н — материал непригоден для применения в Данной среде, П — материал пригоден к применению в данной среде любой концентрации.
20*
307
3. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
И ПЛАСТМАСС
Среди неметаллических материалов и пластмасс имеются
материалы, значительно более стойкие против коррозии, чем ме-
таллы, однако известные их недостатки (низкие механические
свойства, низкая температура размягчения или хрупкость, напри-
мер, стекла, фарфора и др.) ограничивают область их приме-
нения. В табл. 52 приведены некоторые данные о применимости
неметаллических материалов и пластмасс для арматуры при темпе-
ратуре 20°С.
Таблица 52
Применимость неметаллических материалов и пластмасс в арматуре
для коррозионных сред при температуре 20° С
Коррозионная среда Винипласт Полиэтилен Полихлор винило- вый пластикат , Фаолит z\ 1 1 Резина 1 1 Эбонит ! 1 1 i Асбестовый картон | Паронит
Азотная 50 50 35 10 — — 98 10
Серная 90 70 90 70 50 50 90 50
Сернистая — — — 70 100 50 98 —
Соляная 100 100 100 100 100 100 98 —
Фосфорная 100 — 100 85 85 85 98 —
3 Плавиковая 40 100 40 — 50 — — —
о Борная — — — — 100 — 98 —
Кис Уксусная 60 10 60 50 80 80 98 97
Хлоруксусная — — 100 — — — 98 —
Муравьиная — — 50 — — — — —
Фтористоводо- родная — — 60 — 100 — —
Кремнефтори- стоводородная 100 60 32 100 50 ——
X Едкий натр 40 50 40 50 50 50 50
о Едкое кали 40 50 40 — 50 50 50 50
Аммиак жидкий 40 40 40 100 100 50 1 ; 100 1
308
Продолжение табл. 52
Коррозионная среда Винипласт Полиэтилен Полихлорвиниле- ВЫ11 пластикат Фаолит Л Резина Эбонит Асбестовый к-.птон 6 с
Органические соединения Метиловый спирт Ацетон Органические растворители Нефтепродукты (бензин и др.) Углеводороды жидкие п н н п п п п п п п п п п п п п 11 п п п
Растворы солей Алюминий хло- ристый Алюминий азотнокислый Железо серно- кислое, закисное, окисное Калий серноки- слый, сернисто- кислый Медь серноки- слая, хлористая, цианистая Магний хлори- стый, серноки- слый Натрий азотно- кислый, серни- стый, хлористый, углекислый Олово хлори- стое Цинк хлори- стый 100 100 100 100 100 100 100 Допустима любая концентрация 100 100 100 100 | х) Допустима любая концентрация | | | 100 100 100 Допустима любая концентрация
309
Продолжение табл. 52
Газы
Коррозионная среда Винипласт Полиэтилен Полихлорвиниле- вый пластикат Фаолит А
Воздух и п п п
Газы инертные (азот, водород и др.) п II п п
Хлор (сухой газ) п п п
Сернистый газ, о кислы азота — II —
Бутан - — — —
Генераторный газ — — — —
Коксовый газ — — — —
Крекинг газ — — — —
Нитрозные газы -- — — —
Конвертиро- ванный газ — — —
Аммиак газо- образный — — п —
Кислород — — п —
Озон — — п —
Сероводород — — — —
Двуокись водо- рода — -- —
Фреон -- —
Примечания:
1. Цифры в таблице обозначают предельно допустимую концентрацию.
2. Буквенные обозначения: Н — материал непригоден для применения в дан-
ной среде, П - материал пригоден к применению в данной среде любой концен-
трации.
3. Фторопласт-4 н кислотостойкая эмаль применимы для всех указанных
сред любой концентрации.
Резина Эбонит Асбестовый картон Паронит
п п п п
п п п п
п — п п
—- — 11 п
— — — п
— — п п
— — п п
— — п п
— п п
—- — п п
— — — п
— — п —
п — — —
п -— — —
п — п
310
4. ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛОВ
При работе арматуры в условиях значительных перепадов дав-
лений, когда в седле клапана или в проходе задвижки создаются
высокие скорости среды, имеет место эрозионный износ деталей,
непосредственно соприкасающихся со струей или воспринимаю-
щих удар струи. В первом случае, когда эрозия протекает в усло-
виях щелевого потока воды, процесс разрушения поверхностного
слоя металла происходит в результате электрохимической корро-
зии и гидродинамического воздействия среды. Во втором случае,
когда эрозия протекает при ударном воздействии струи, процесс
разрушения поверхности металла в большей степени определяется
гидродинамическим воздействием струи. Эрозионное воздей-
ствие воды и влажного пара значительно выше, чем перегретого
пара.
Поданным результатов исследований в ВТИ [18] по относитель-
ной эрозионной стойкости сравнительно со сталью Х18Н10Т
стали можно разбить на 5 групп (табл. 53). Наиболее целесооб-
разным методом защиты уплотняющих колец вентилей и задвижек
от воздействия эрозии является наплавка кобальтовым стеллитом
ВЗК или сплавами ЦН2 и ЦН6. Для тяжелых условий работы арма-
туры (Р = 255 кПсм* и t = 585° С) рекомендуются кобальтовые
стеллиты.
Таблица 53
Относительная эрозионная стойкость некоторых материалов
при работе в среде водяного пара.
Для стали Х18Н10Т (эталон, k = 1)
Группа стойкости Материал Коэффициент относительной эрозионной стойкости k3 (приближенно)
№ Название
1 Весьма стойкие fe>l Титан ТВ-1 ЭИ612 диффузионное хро- мирование и нитридизация, < = 1140° С ЭИ572 газовое борирование ЦН2 наплавка на Х18Н10Т ЭИ612, диффузионное хро- мирование ЭИ612, азотирование 2,3 1,8 1,6 1,5 1,4 1,2
311
Продолжение табл. 53
Группа стойкости Материал Коэффициент относительной эрозионной : стойкости кэ [ (приближенно)
№ Название
2 Стойкие /гэ= 1,0: 0,5 Х18Н10Т, ЭИ695 ЦНЗ, наплавка на Х18Н10Т ЦН6, наплавка на Х18Н10Т ЭИ612, газовое борирование ЭИ628 (1Х17Н2) ЭИ612 диффузионное хроми- рование и нитридизация, t= = 1100° С ЭИ572 1,0 0,90 0,85 0,80 0,70 0,65 0,60
3 Пониженно стойкие k,= = 0,54-0,25 ЭИ607 ЭИ909 диффузионное хро- мирование 2X13 3X13 0,40 0,35 0,30 0,25
4 Малостойкие ^а=0,25= = 0,01 ЭИЮ 38ХМЮА, 40ХФ ЭИ909 (20Х1М1Ф1) Сталь 20 хромированная Бронза, латунь, медь, се- ребро 0,22 0,14 0,08 0,07 0,017—- 0,015
5 Нестойкие fe5<0,01 15ХМ Сталь 20, с га ль 25Л Чугун серый Сталь 40 Сталь У10 0,008 0,005 0,0023 0,0020 0,0015
312
Глава VI11. ПРОКЛАДОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ПРОКЛАДОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Прокладки играют важную роль в работе арматуры. Для изго-
товления прокладок используется большое количество различных
материалов: резина, картон, асбест, паронит, пластмассы и ме-
таллы, обеспечивающие плотность неподвижных соединений при
различных условиях работы арматуры и при различных-жидких
и газовых средах. К прокладочному материалу предъявляются
специфические требования, исходя из условий работы арматуры.
По возможности он должен быть дешевым и доступным, так как
в процессе эксплуатации приходится заменять прокладки; отсут-
ствие нужного материала или его дефицитность может создать
затруднения не только на заводе-изготовителе арматуры, но и на
объектах, где арматура установлена. Для создания надежной
плотности материал прокладки должен заполнять неровности
уплотняемых поверхностей — чаще всего поверхностей фланцевых
соединений. Это достигается затяжкой прокладок с помощью бол-
тов, шпилек или другого резьбового соединения. Чтобы плотность
достигалась легко, материал прокладки должен быть упругим
(эластичным) — упруго деформироваться под действием возможно
малых условий. Вместе с тем прочность прокладочного материала
должна быть достаточной, чтобы при затяжке не происходило раз-
давливание прокладки или выжимание ее в сторону между уплот-
няемыми поверхностями давлением среды.
Упругость прокладки обеспечивает сохранение плотности
соединения при возможном искривлении поверхности фланца,
что наиболее вероятно в сварной арматуре больших диаметров
проходов для малых давлений. Упругость прокладки компенси-
рует также в той или иной степени влияние колебаний или сниже-
ние усилий затяжки в связи с колебаниями температуры или
в связи с действием релаксации напряжений в материале шпилек,
болтов и фланцев.
Материал прокладки должен сохранять свои физические свой-
ства при рабочей температуре среды и не должен подвергаться
действию коррозии.
При применении металлических прокладок металл прокла-
док не должен пластически деформировать уплотняющие поверх-
ности, поэтому металл прокладки должен иметь твердость и пре-
дел текучести ниже, чем металл уплотняемых поверхностей флан-
цев или патрубков. Он не должен образовывать с металлом
арматуры при данной среде электролитическую пару. Коэффи-
циент линейного расширения материала прокладки желательно
иметь близким к коэффициенту линейного расширения материала
арматуры и болтов или шпилек.
313
2. РЕЗИНА
Резина является материалом, наиболее пригодным для уплот-
нений в неподвижных соединениях. Высокая эластичность (при
разрыве относительное удлинение ее достигает 150%) резины поз-
воляет легко достичь плотности между металлической поверх-
ностью и прокладкой при малых усилиях зажатия. Резина практи-
чески непроницаема для жидкостей и газов, имеет достаточную
химическую стойкость. При сжатии объем резины не меняется, по-
этому для свободного деформирования резины необходимо преду-
смотреть запас ширины канавки. Чрезмерное сжатие ухудшает
эксплуатационные свойства резины, поэтому высоту деформации
необходимо ограничивать величиной в 20—40%. В случае необ-
ходимости предусматриваются ограничивающие выступы или
кольца, так как при больших сжатиях, порядка 60%, резина со вре-
менем разрушается. В затянутой резиновой прокладке со свременем
происходит релаксация напряжений — усилие затяжки в течение
нескольких часов после затяга падает, после чего устанавливается
на постоянном уровне. С повышением толщины резины прокладка
становится более эластичной, однако при этом увеличивается
радиальное усилие, стремящееся выдавить прокладку в сторону
между уплотняющими поверхностями. При большой относительной
высоте сечения может произойти потеря устойчивости, поэтому
с учетом этих особенностей резины высоту сечения не делают
больше ширины.
Для прокладок обычно применяется листовая техническая
резина по ГОСТу 7338—65 без тканевых прослоек, так как при
наличии прослоек иногда создается протечка среды через волокна
прослойки. По твердости резину подразделяют на мягкую, средней
твердости и повышенной твердости. Существует пять типов ре-
зины: маслобензостойкая (марки А, Б и В в зависимости от степени
стойкости), кислотощелочестойкая, теплостойкая, морозостойкая
и пищевая. При низких давлениях в воздухопроводах, например
в установках для кондиционирования воздуха, устанавливают
прокладки из губчатой резины, поглощающие звук, способствую-
щие борьбе с шумом. Коэффициент трения покоя между резиной
и металлом без воды и смазки равен р = 0,6. Модуль упругости
Е — 15ч-50 кПсм2 (табл. 54). Модуль сдвига G =~- Е. Область
применения резины обычно не выходит за пределы 150—220° С
в зависимости от сорта резины. Под действием повышенной темпе-
ратуры в резине значительно ускоряются процессы «старения»,
имеющие место и при нормальной температуре, эластичность
резины снижается, твердость повышается. Применяемые в настоя-
щее время сорта прокладочной резины, как правило, представляют
собой обычно синтетический материал, натуральный каучук для
этой цели не применяется. В настоящее время получены сорта син-
тетического каучука, превосходящие по качествам натуральный.
314
Таблица 54
Свойства и область применения прокладок
из неметаллических материалов
Материал Среда Предельная температура t в °C
Резина листо- вая техническая Кислотощело- честойкая Вода, воздух, рас- творы кислот и щелочей в зависимости от марки -30; [ 50
Теплостойкая Воздух Пар —30; +90 + 140
Морозостойкая Воздух, нейтральный газ —45; +50
Маслобензо- стойкая Повышенной маслобензостой- кости Масла, легкие нефте- продукты, воздух, ней- тральный газ —30; -1-50
Соприкасаю- щаяся с пищевы- ми продуктами Питьевая вода и дру- гие чистые жидкие среды —30; +50
Резина вакуумная Воздух и нейтральные газы —30; +90
Картон прокладочный, целлюлоз- ный Вода, пар Масло Нефтепродукты 120 80 85
Асбест, шнур из асбестовых нитей Горячие газы и воздух 600
Паронит Вода, пар и нефте- продукты 450
Пластикат полихлорвиниловый прокладочный Коррозионные среды —15; +40
Полиэтилен Коррозионные среды -60; +50
Винипласт листовой Коррозионные среды -15; +65
315
Продолжение табл, 54
Материал Среда Предельная температура t в °C
Фторопласт-4 Коррозионные и аг- рессивные среды —250; +200
Фторопласт-3 —60; +70
ФУМ (фторопластовый уплотни- тельный материал) -60; +150
Фибра листовая авиационная Бензин, керосин, ма- сла, кислород, углеки- слота + 100
3. КАРТОН ЦЕЛЛЮЛОЗНЫЙ И ФИБРА
Прокладки из целлюлозного картона (класса П-промышленно-
технического) широко используются в арматуре для пара низкого
давления, воды при температуре до 120° С и при давлении до
6 кПсм2, для масла при t 80° С и Рраб sg 40 кГ!см* и в других
случаях. Применяется картон водонепроницаемый по ГОСТу
6059—63 и картон прокладочный, пропитанный, по ГОСТу
9347—60; последний используется и для нефтепродуктов при
t 85° С и Рраб 6 кПсм*. Для картона допускается удельное
давление не более 550 кПсм?. Для высоких температур целлюлоз-
ный картон не пригоден, так как обугливается.
Фибра листовая представляет собой бумагу или целлюлозу,
обработанную хлористым цинком и затем каландрированием,
применяется для прокладок арматуры, работающей при темпера-
туре до 100° С. Используется при работе арматуры на керосине,
бензине, смазочном масле, кислороде и углекислоте. Коэффициент
трения между фиброй и сухой сталью ц == 0,33.
4. АСБЕСТ
Асбест в качестве прокладочного материала используется в ар-
матуре при повышенных и высоких температурах. Материал мине-
рального происхождения, в технике используется после перера-
ботки в виде листового картона или шнура. Свойства асбеста зави-
сят от типа, определяемого месторождением минерала. Наибольшее
распространение имеет белый хризотиловый асбест, используемый
для различных целей. Из всех типов асбестов он имеет наиболь-
шую прочность при нормальной температуре. При 500° С его проч-
316
цость снижается на 33%, а при 600° С — на 77%. Температура
плавления волокна 1500° С. Антофилитный асбест (Сысертское ме-
сторождение) имеет прочность в 1,5—2,0 раза меньше хризотило-
вого, но при температуре 500° С теряет прочность лишь на 15%,
а при 600° С — на 48 %. Температура плавления волокна 13001 С.
Голубой асбест (Анатольское месторождение) и крокидолит (Юж-
ная Африка) по прочности приближаются к хризотиловому, но
При 600° С полностью теряют прочность. Температура плавления
волокна 900—1000° С.
К щелочам все асбесты достаточно хорошо устойчивы, против
кислот наиболее устойчив антофилит-асбест.
Асбестовый непропитанный картон имеет рыхлое строение,
низкую прочность, но высокую жаростойкость, используется для
арматуры, работающей при температуре до 600° С (для задвижек
горячего дутья, генераторных и дымовых газов и другой арматуры),
не работающей на жидкости. Пропитанный натуральной олифой
асбестовый картон может быть использован для нефтепродуктов
при давлении до 6 кПсм2 и температуре t 180° С, однако замена
его при смене прокладок или ремонте арматуры затруднена ввиду
того, что он прилипает к металлическим поверхностям. Для уплот-
нения средних фланцев газовых больших задвижек используется
также асбестовый шнур, который укладывается спиралью на по-
верхность фланца, предварительно смазанную техническим вазе-
лином. Для изготовления прокладок используются также специ-
альные ткани с пряжей из мягкой латунной или никелевой прово-
локи. Изготовляют также комбинированные прокладки из колец
различной формы и сечений, сердцевина которых изготовляется
из асбеста, а облицовка — из тонкого металлического или пласт-
массового листа. Такие прокладки имеют хорошие эксплуата-
ционные свойства, но сложны в изготовлении.
5. ПАРОНИТ
Паронит (ГОСТ 481—58) изготовляется из асбеста и каучука
путем вулканизации и вальцевания под большим давлением.
Теплостойкость паронита зависит от количества в нем резины.
Паронит содержит 60—70% асбестового волокна, 12—15% кау-
чука, 15—18% минеральных наполнителей и 1,5—2,0% серы.
Паронит является универсальным прокладочным материалом и ис-
пользуется в арматуре для насыщенного и перегретого пара, горя-
чих газов и воздуха, растворов щелочей и слабых растворов кислот,
аммиака, масел и нефтепродуктов при температуре до 450° С.
Коэффициент трения паронита по металлу р =-• 0,5.
Упругость паронита невелика. При удельном давлении выше
320 кПсм? все неплотности в материале устраняются. Релаксация
Напряжений в период, ближайший после затяга, значительна.
После обжатия с удельным давлением в 700 кПсм2 плотность
317
соединения становится такой, что при удельном давлении на про-
кладке, равном рабочему, плотность соединения сохраняется.
Наибольшее допускаемое удельное давление на паронит достигает
1300 кПсм2. Для улучшения условий обеспечения плотности и уве-
личения сопротивления распору прокладки средой на уплотняю-
щих поверхностях соединения обычно создают две-три узкие ка-
навки углового сечения, в которые паронит вдавливается под
действием усилия затяга. Такие канавки делаются и при примене-
нии других неметаллических прокладок. Листы паронита изготов-
ляются толщиной 0,3—6,0 мм. Целесообразно применять возможно
более тонкую прокладку толщиной, достаточной для уплотнения
при данной чистоте (шероховатости) обработанных поверхностей
и размерах уплотняемой поверхности.
Некоторые данные о неметаллических материалах для прокла-
док приведены в табл. 54.
6. ПЛАСТМАССЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПРОКЛАДОК
Пластикат полихлорвиниловый по своей эластичности наиболее
близко подходит к резине. Он легко деформируется и уплотняет
фланцевые соединения при относительно небольших усилиях
затяга. Используется для арматуры химических производств при
сравнительно узком интервале температур — от —15 до +40° С.
Полиэтилен также используется как прокладочный материал.
Обладает высокой химической стойкостью, но не выдерживает вы-
соких температур. Используется при температуре среды от —60
до +50° С.
Фторопласт-4 наиболее химически стойкий материал. Приме-
няется для изготовления прокладок плоского и круглого сечений,
а также для сложных прокладок, у которых сердцевина изготов-
ляется из асбеста, резины или гофрированной стали, а облицовка —
из фторопласта. В таких прокладках сердцевина обеспечивает
упругость, а облицовка — высокую химическую стойкость. Фто-
ропластовые прокладки используются при температуре от —195
до +200° С. В последнее время получил применение фторопласто-
вый уплотнительный материал ФУА1, выпускаемый в виде шнуров
различных профилей и размеров поперечного сечения. ФУМ
(марки В, Ф и К) имеет такие же антикоррозионные свойства, как
и фторопласт-4, но более удобен для применения. Шнур из ФУМа
укладывается в прокладочное соединение типа «шип—паз» в виде
кольца, концы которого скручиваются или укладываются вна-
хлестку. После этого соединение затягивается болтами из расчета
удельного давления на прокладке в 300 кПсм*.
Винипласт как прокладочный материал используется ограни-
ченно. Он стоек против действия кислот и щелочей. Пригоден для
работы при температуре не выше -(-65° С. Некоторые сведения
о прокладочных материалах из пластмасс приведены в табл, 54.
318
7. МАТЕРИАЛЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОКЛАДОК
Металлические прокладки изготовляются в виде плоских колец
прямоугольного сечения из листового материала или в виде колец
фасонного сечения из труб или поковок. К последним относятся
Линзовые прокладки чечевичного сечения, овальные прокладки
сечением в виде овала, расположенного параллельно оси про-
кладки, и гребенчатые прокладки, имеющие сечение плоского
прямоугольника с треугольными выступами в виде гребенки.
Помимо этого изготовляются комбинированные прокладки с се-
чением, состоящим из мягкой сердцевины (асбеста или паронита),
облицованной листовым материалом из алюминия, малоуглероди-
стой стали или кислотостойкой стали 0Х18Н9 или Х18Н10Т.
Металлические прокладки обладают следующими достоин-
ствами. Обеспечивают достаточную плотность при высоких давле-
ниях и при высоких температурах среды, имеют коэффициент
линейного расширения, близкий к коэффициенту линейного рас-
ширения материала фланца и шпилек или болтов, могут быть ис-
пользованы несколько раз после соответствующего ремонта.
К недостаткам следует отнести: необходимость создания больших
усилий для обеспечения плотности соединения, относительно
низкие упругие свойства, значительная релаксация напряжений
и относительно высокая стоимость изготовления. В табл. 55 при-
ведены некоторые сведения о металлах, применяемых для изготов-
ления прокладок арматуры.
Таблица 55
Металлы, применяемые для изготовления прокладок
Металл Марка Область применения
Среда Температура t в °C
Железо Армко 05КП (особая) Водяной пар Щелочи, кислоты, га- зы, содержащие серу. Непригоден для водных растворов кислот и ще- лочей От —100 до +475 До 320
Сталь 15-30 Водяной пар, нефте- продукты До 550
Коррозионно- стойкая сталь 0Х18Н9 Х18Н10Т Водяной пар, нефте- продукты, коррозион- ные среды, кроме серной кислоты От —196 до +600
319
Продолжение табл.
Металл Марка Область применения
Среда Температура t и °C
Алюминий А 2 Воздух, вода Нефтепродукты, азот- ная, фосфорная и дру- гие кислоты, сухой хлор, сернистые газы До 430 От —198 до -| 300
Никель НТ Водяной пар Хлор и др. Окислительные среды До 430 От —180 до +450 До 750
Монель-металл НМЖМц28-2,5-1,5 Морская вода, корро- зионные среды Водяной пар До 800 До 430
Медь Ml, М2 Растворы щелочей, низкие температуры. Непригоден для сталь- ных фланцев при нали- чии воды, растворов со- лей, кислот и щелочей. Непригоден для коксо- вого газа От —180 до +300
Свинец С2 Коррозионные среды, кислоты От —180 до +100
Глава IX. НАБИВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НАБИВОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Подавляющее большинство конструкций арматуры имеет саль-
никовое устройство для уплотнения подвижного соединения
крышка—шпиндель. Количество видов изделий, не имеющих
сальников (арматура сильфонная, мембранная, шланговая и элек-
тромагнитные вентили), еще относительно очень невелико. Саль-
никовое уплотнение во время эксплуатации арматуры требует
непрерывного внимания и создает наибольшее количество неис-
правностей, поэтому правильный выбор материала для набивки
имеет важное значение для обеспечения бесперебойной эксплуата-
ции арматуры.
320
Материалы сальниковых набивок должны иметь высокие упру-
гие свойства, физическую стойкость при рабочей температуре,
химическую стойкость против действия рабочей среды и возможно
малый коэффициент трения. В качестве набивочных материалов
В основном применяются: хлопчатобумажные материалы, пенька,
асбестовый шнур, графит, тальк, стекловолокно и фторопласт.
Наиболее часто используется асбест в виде плетеного шнура
квадратного или круглого сечения, но могут быть использованы
и скатанные шнуры без плетения или чесания волокна (пенька
и др.). Наиболее целесообразным является применение набивки
из заранее приготовленных и отформованных колец.
Плетеные набивки изготовляются по ГОСТу 5152—66
следующих марок:
Хлопчатобумажная сухая ХБС;
Хлопчатобумажная пропитанная ХБП;
Пеньковая сухая ПС;
Пеньковая пропитанная ПП;
Асбестовая сухая АС;
Асбестовая пропитанная АП;
Асбестопроволочная АПР;
Тальковая сухая ТС;
Тальковая пропитанная ТП;
Асбестовая маслобензостойкая АМБ;
Асбестовая прорезиненная пропитанная АПП (НВДТ-1);
Асбестовая прорезиненная сухая АПС (НВДТ-1с);
Асбестопроволочная прорезиненная пропитанная АПРПП
(НВДТ-2);
Асбестопроволочная прорезиненная сухая АПРПС (НВДТ-2с);
Асбестовая проклеенная с графитом АГ-1;
Асбестовая пропитанная суспензией фторопласта-4 с таль-
ком ACT.
Скатанные набивки изготовляются десяти марок:
Прорезиненная хлопчатобумажная ПХБ;
Прорезиненная хлопчатобумажная с резиновым сердечником
ПХБРС;
Прорезиненная льняная ПЛ;
Прорезиненная льняная с резиновым сердечником ПЛРС;
Прорезиненная асбестовая ПА;
Прорезиненная асбестовая с резиновым сердечником ПАРС;
Прорезиненная асбестометаллическая ПАМ;
Прорезиненная асбестометаллическая с резиновым сердечни-
ком ПАРМС;
Компенсирующая хлопчатобумажная КХБ;
Компенсирующая льняная КЛ.
Кольцевые набивки изготовляются пяти марок:
Манжеты хлопчатобумажные Л1ХБ;
Манжеты льняные МЛ;
21 д. ф. Гуревич 321
Манжеты асбестовые МА;
Кольца разрезные асбестоалюминиевые КРАА.
Кольца разрезные асбестосвинцовые КРАС.
2. ХЛОПЧАТОБУМАЖНАЯ И ПЕНЬКОВАЯ НАБИВКИ
Хлопчатобумажная набивка сухая или пропитанная приме-
няется для воды, воздуха, нефтепродуктов при давлении Рраб
200 кПсм1 и температуре до 100“ С. Пеньковая или джутовая
набивка в сухом или пропитанном виде, применимы для темпера-
туры до 100° С и давления до 160 к.Г1см\ Под действием кислот
и щелочей, а также при высокой температуре хлопчатобумажная
и пеньковая набивки теряют прочность и разрушаются. Положи-
тельным качеством этих набивок является их дешевизна и доступ-
ность. В виде кольцевых манжет из прорезиненной ткани вулка-
низированными и графитизированными хлопчатобумажные ткани
используются для пара, воды, воздуха и жидкого топлива при
давлении до Ргмб = 400 кПсм2 и температуре до 100° С.
3. АСБЕСТОВАЯ НАБИВКА
Асбестовая набивка является наиболее универсальной и ши-
роко применяется в арматуре. Чаще всего асбестовая набивка
применяется в виде заранее приготовленных и отформованных
колец, укладываемых последовательно в коробку сальника.
Асбест в сухом виде применяется для набивки сальников только
для сухих газов, имеющих температуру до 550° С (допустимо крат-
ковременное повышение до 700° С). Под влиянием воды и пара
сухой асбест выщелачивается и разрушается. Асбест, пропитан-
ный цилиндровым маслом 6 или вискозином 7, приобретает устой-
чивость при работе на воде и используется до температуры 250° С.
Перед установкой в сальниковую коробку асбестовые кольца
протирают графитом, что уменьшает трение набивки о шпиндель.
Для пропитки отдельных нитей расплетенного шнурового асбеста
используется также масса из 90% графита по весу и 10% цилин-
дрового масла. Применяется также масса, состоящая из 0,6 кГ
асбеста, 0,25 кГ графита и 0,15 кА масла. В последнее время при-
меняют для арматуры высоких параметров набивку из сальнико-
вых колец, изготовленных из сырого асбеста, обильно протертого
графитом. Между кольцами насыпаются прослойки сухого гра-
фита в 3—4 мм толщиной.
Для сальниковых набивок используются также шнур из асбе-
стовой пряжи с медной или латунной проволокой. Асбестовые
шнуры применяются для температуры до 550° С, выше которой
их механические свойства снижаются.
322
Из асбестовых набивок следует отметить промасленный шнур
набивки типа «Рациональ», пропитанный антифрикционным со-
ставом. Для сальниковых набивок арматуры высоких давлений
применяют также прографиченный асбестовый шнур диаметром
3—4 мм, обернутый в несколько слоев чистой алюминиевой фоль-
гой, обильно посыпанной графитом; набивка опрессовывается
в сальниковой коробке. Такая набивка хорошо ведет себя, напри-
мер, при температуре пара 470° С и давлении Рраб = 100 кПсм2.
При давлении до ПО кПсм2 и температуре до 510° С применима
набивка типа «Пушонка», состоящая из хлопьев асбеста, переме-
шанных с чешуйчатым графитом. Верхнее и нижнее крайние кольца
изготовляют из асбеста, а пространство сальниковой коробки
между ними заполняют «Пушонкой».
Широкое применение имеют асбестовые набивки типа НВДТ.
Набивка НВДТ-1 представляет собой асбестовый прорезиненный
и вулканизированный шнур. Снаружи шнур графитирован и про-
питан, что снижает силу трения его о шпиндель. Применяется
для давлений до 325 кПсм2 и температуры до 200° С. Набивка
типа НВДТ-2 представляет собой асбестовый шнур с латунной
проволокой, прорезиненный и вулканизированный. Снаружи
шнур графитирован и пропитан. Применяется для давлений до
700 кПсм2 и температуры до 200° С. Набивка типа НВДТ-2с
представляет собой асбестовый шнур с латунной проволокой,
прорезиненный, вулканизированный. Снаружи графитирован. На-
бивка НВДТ-2с может быть использована для давлений до
700 кПсм2 и температуры до 450° С.
Комбинированная набивка, состоящая из колец прографичен-
ного асбеста с графитовыми прослойками, применяется для ответ-
ственных объектов арматуры при температуре до 300° С, когда
требуется безусловно надежная работа сальникового соединения,
например в тех случаях, когда арматура установлена в местах,
недоступных для ее обслуживания во время работы системы.
Такая набивка обеспечивает непрерывную надежную работу саль-
никового соединения в течение длительного времени.
4. ГРАФИТОВАЯ НАБИВКА
Графит представляет собой жаростойкий и химически стойкий
набивочный материал. Он не впитывает влагу, обладает антифрик-
ционными свойствами и высокой теплопроводностью. Графит
является наиболее надежной набивкой при высоких температурах
(свыше 550° С). Вместе с тем графит при наличии влаги образует
с некоторыми сталями гальваническую пару и оказывает на них
корродирующее действие. В связи с этим арматура хранится на
складе без графитовой набивки, графитовая сальниковая набивка
устанавливается на арматуру непосредственно перед ее работой.
21* 323
При употреблении графитовой набивки шпиндель обычно азоти-
руют во избежание износа. Для набивок используют чешуйчатый
графит кристаллического строения, очищенный от минеральных
и органических примесей. Сальники с хорошо выполненной гра-
фитовой набивкой могут работать без подтяжки в течение несколь-
ких лет. Чтобы не происходило утечки графита через зазор между
крышкой и шпинделем, зазор делают минимальным (не более
0,1 мм). Сверху и снизу набивки ставят асбестовые кольца, либо
прослаивают графит кольцами из паронита. В некоторых случаях
полость сальниковой коробки заполняют кашицей из графита,
разведенного водой или чистым вазелином (но не маслом). Полу-
чило положительную оценку также применение колец или полу-
колец из прессованного графита. Применяются различные набивки
также из мастики, составленной из смеси графита с асбестом.
5. ФТОРОПЛАСТ-4 и СТЕКЛОВОЛОКНО
В связи с развитием химических производств и расширением
производства синтетических материалов находит применение в ка-
честве набивочных материалов фторопласт-4 и его сополимеры,
стекловолокно, фторлон и др., используемые для коррозионных
сред. Набивки из фторопластовых колец, манжет или стружки,
смазанные смесями из графита, парафина, масла и пр., могут быть
использованы при температурах от —195 до -(-250° С и давлении
до 100 кГ/см2 в зависимости от стойкости смазки. Фторопласт
обладает ползучестью, и если сконструировать манжеты таким
образом, чтобы влияние ползучести при высоких давлениях не
проявлялось сильно, они могут быть использованы до 300—
400 кГ/см2. В связи с малой упругостью фторопласта целесооб-
разно применять при малых давлениях дополнительные упругие
элементы — резину, пружины и пр. и предусматривать возмож-
ность подтяжки манжет снаружи. Основные материалы, приме-
няемые для сальниковых набивок, приведены в табл. 56.
Кроме фторопласта-4, применяют другие марки фторопласта
и сополимеры. В последнее время для набивок используется
ФУМ, изготовленный в виде шнура. При квадратном сечении
шнура в камеру укладываются отдельные кольца, разрезанные
под углом 45°, при круглом сечении ставится спираль из шнура,
намотанного на шпиндель. Затяг сальника производится из рас-
чета удельного давления ЗРраб.
Набивки из стекловолокна применяются для арматуры,
работающей на кислотах при температурах до 100° С. Рези-
на в сальниковых уплотнениях арматуры используется ограни-
ченно.
Интенсивное старение резины при повышенной температуре
уменьшает эластичность ее и ограничивает область ее примене-
ния.
324
Основные материалы сальниковых набивок
(с учетом данных ГОСТа 5152—66)
Таблица 56
Набивка В каком виде применяется Рабочая среда Пределы применения
и СП Рраб в кГ/см2
Хлопчатобу- мажная сухая ХБС 1. п Шнур, сплетен- ный из хлопчато- бумажной пряжи летеные Воздух, питьевая вода, спирты, пище- вые продукты, сма- зочные масла, орга- нические раствори- тели, углеводороды, нейтральные рас- творы солей 100 200
Жидкий и газооб- разный аммиак минус 40
Хлопчатобу- мажная пропи- танная ХБП То же, пропи- танный анти- фрикционным со- ставом Воздух, промыш- ленная вода, нефтя- ное топливо, смазоч- ные масла, инерт- ные пары и газы, углеводороды 100 200
Пеньковая су- хая ПС Шнур, сплетен- ный из льняной, пеньковой или джутовой пряжи Воздух, промыш- ленная вода, водя- ной пар, смазочные масла, нефтяное топ- ливо светлое, угле- водороды 100 160
Жидкий и газооб- разный азот минус 40
Пеньковая про- питанная ПП То же, пропи- танный анти- фрикционным со- ставом Воздух, промыш- ленная вода, топли- во нефтяное тем- ное, смазочные ма- сла, инертные пары и газы, углеводоро- ды, растворы щело- чей, соленая вода 100 160
325
Продолжение табл. 56
Набивка В каком виде применяется Рабочая среда Пределы применения
1 t в °C Q. в
Асбестовая су- хая АС Шнур, сплетен- ный из асбесто- вой нити Воздух, водяной пар, промышленная вода, инертные газы и пары, органиче- ские растворители, растворы щелочей 400 45
Жидкий и газооб- разный аммиак минус
Асбестовая пропитанная АП То же, пропи- танный анти- фрикционным со- ставом Воздух, нефтепро- дукты, слабокислот- ные растворы, газы и пары агрессивные 300 45
Асбестопрово- лочная АПР Шнур, сплетен- ный из асбесто- вой нити с ла- тунной проволо- кой, пропитанный антифрикцион- ным составом или графитированный Промышленная вода, нефтепродукты, слабокислые масла 300 45
Тальковая су- хая ТС Шнур, сплетен- ный из пенько- вой или хлопча- тобумажной пря- жи с сердечни- ком из талька Промышленная во- да, нейтральные рас- творы солей, водяной пар, слабокислые среды 130 10
Тальковая пропитанная ТП То же, спле- тенный и пропи- танный анти- фрикционным со- ставом Промышленная вода, нейтральные растворы солей, сла- бокислые среды 130 10
Асбестовая ма- слобензостойкая АМБ Шнур, сплетен- ный из асбесто- вой нити, пропи- танный антифрик- ционным масло- беизостойким со- ставом Нефтяное топли- во, кислые масла, органические рас- творители 300 30
326
Продолжение табл. 56
Набивка В каком виде применяется Рабочая среда Пределы применения
и и Рраб в кГ/см2
Асбестовая прорезиненная пропитанная АПП (НВДТ-1) Шнур, сплетен- ный из асбесто- вой нити, проре- зиненный, вулка- низированный, пропитанный и графитированный Н ефтеп р оду кты, нефтяные газы, пар насыщенный и пере- гретый. Вода пере- гретая, смолы, пасты и шламы, состоящие из углей, торфа, сланцев в смеси с тя- желыми маслами и смолами. Слабые ор- ганические кислоты, жиры и щелочи, спирты, сухой воз- дух 200 325
Асбестовая прорезиненная сухая АПС (НВДТ-1 с) Шнур, сплетен- ный из асбесто- вой нити, проре- зиненный вулка- низированный и графитированный То же 450 300
Асбестопрово- лочная прорези- ненная пропитан- ная АПРПП (НВДТ-2) Шнур, сплетен- ный из асбестовой нити с латунной проволокой, про- резиненный, вул- канизированный, пропитанный и графитированный То же 200 900
Асбестопрово- лочная прорези- ненная сухая АПРПС (НВДТ-2с) Шнур, сплетен- ный из асбесто- вой нити с латун- ной проволокой, прорезиненный, вулканизирован- ный и графитиро- ванный То же 450 900
327
Продолжение табл. 56
Набивка В каком виде применяется Рабочая среда Пределы применения
t в °C р - г>ао , в кГ/см2
Асбестовая проклеенная с графитом АГ-1 Шнур, спле- тенный из асбе- стовой нити, про- клеенный клеем на основе кау- чука и графита Вода, пар, воздух, инертные газы, ам- миак, органические растворители Для арм 350 а туры 510
Жидкий и газооб- разный аммиак Для арматуры —70; I — + 140
Асбестовая, пропитанная су- спензией фторо- пласта-4 с таль- ком ACT Шнур, спле- тенный из асбе- стовой нити, про- питанный суспен- зией фторопла- ста-4 с тальком Сжиженные газы (кислород, азот и др.), газообразные н органические про- дукты (бензин, бен- зол, толуол, ацетон, этилен, дифенил, ди- фенилоксид, хлорме- тил, хлорэтиловый эфир, фуран, тетра- гпдрофуран, три- хлорсилан Для арм 200; + 300 атуры 250
Этилен 250 1500
Прорезиненная хлопчатобумаж- ная с резиновым сердечником или без сердечника ПХБ и ПХБРС 2. С Шнур, скатан- ный из хлопча- тобумажной тка- ни, прорезинен- ный катанные Промышленная вода 100 200
Прорезиненная льняная ПЛ Шнур, скатан- ный из прорези- ненной льняной ткани Промышленная вода 100 200
Прорезиненная льняная с рези- новым сердечни- ком ПЛ PC То же с рези- новым сердечни- ком То же 100 200
328
Продолжение табл. 56
Набивка В каком виде применяется Рабочая среда Пределы применения
t в °C рраб в кГ/см2
Прорезиненная асбестовая ПА Шнур, скатан- ный из асбесто- вой ткани проре- зиненной Промышленная вода, перегретый и насыщенный водяной пар 400 100
Прорезиненная асбестовая с ре- зиновым сердеч- ником ПАРС То же с рези- новым сердечни- ком То же 400 100
Прорезиненная асбометалличе- ская ПАМ Шнур, скатан- ный из асбесто- металлической прорезиненной ткани То же 400 100
Прорезиненная асбометалличе- ская с резиновым сердечником ПАМРС То же, с рези- новым сердечни- ком Промышленная вода, водяной пар 400 100
Компенсирую- щая хлопчатобу- мажная КХБ Шнур фасон- ный многослой- ный из хлопчато- бумажной проре- зиненной ткани, вулканизирован- ный Промышленная вода, соленая вода 100 200
Компенсирую- щая льняная КЛ Шнур фасон- ный многослой- ный из прорези- ненной льняной ткани, вулкани- зированный То же 100 200
329
Продолжение табл. 56
Набивка В каком виде применяется Рабочая среда Пределы применения
и и 1 ! р I рао в кГ/см2
3. Кольцевые
Манжеты хлопчатобумаж- ные MX Б Кольца цель- носкатанные или разрезные много- слойные фигур- ного сечения из хлопчатобумаж- ной прорезинен- ной ткани, вул- канизированные и графитизиро- ванные Инертные газы, воздух, промышлен- ная вода, пар, неф- тепродукты 100 400
Манжеты льня- ные МЛ То же из про- резиненной льня- ной ткани, вул- канизированные и графитирован- ные То же 100 400
Манжеты асбе- стовые МА То же из асбе- стовой прорези- ненной ткани, вулканизирован- ные и графити- рованные То же 300 200
Кольца разрез- ные асбестоалю- миниевые КРАА Кольца разрез- ные квадратного или прямоуголь- ного сечения, со- стоящие из сер- дечника (асбесто- вых пропитанных нитей) с много- слойной оберт- кой из алюминие- вой фольги, про- масленной и гра- фитированной Нефтепродукты 400 50
330
Продолжение табл. 56
Набивка В каком виде применяется Рабочая среда Пределы применения
t в °C Рраб в кГ/см2
Кольца разрез- ные асбестосвин- цовые КРАС То же с много- слойной оберт- кой из свинцовой фольги, прома- сленной и графи- тированной Плав мочевины, упаренный раствор аммиачной селитры, сульфат аммония 300 50
4. Разные
Шнур асбесто- вый АС, пропи- танный смазкой ЦИАТИМ-221 Шнур пропи- танный Нейтральные газы —50; + 70 200
Шнур асбесто- вый, пропитан- ный графито-па- рафиновой смаз- кой Шнур пропи- танный То же —200; + 50 40
Асбест с гра- фитом Кольца про- графиченного ас- беста с графито- выми прослойка- ми Вода, пар 400 —
«Пушонка»— хлопья асбеста, перемешанные с чешуйчатым гра- фитом Вода, пар 510 —
Резина Кольца, ман- жеты Вода, воздух, пар, масла, нефтепро- дукты, растворы ки- слот и щелочей в за- висимости от марки От 50 до 140 в зависи- мости от марки —
331
Продолжение табл. 56
Набивка В каком виде применяется Рабочая среда Пределы применения
t в °C р раб 1 в кГ/см2
Графит чешуй- чатый Чешуйчатый графит. Снизу и сверху по асбе- стовому кольцу Вода, пар и дру- гие среды 550 и