Что является запорным органом вентиля
Запортная арматура: применение, виды, стандартизация
Запорная арматура является неотъемлемой частью трубопроводных систем различного назначения. Она необходима для перекрытия потока рабочей среды. Функциональные элементы арматуры дают возможность плавного изменения параметров с фиксацией площади просвета от положения «открыто» до позиции «закрыто» с определенной степенью герметичности.
Применение запорной арматуры
Элементы запорной арматуры используются в инженерных системах общетехнического назначения и для работы в специальных условиях. Допускается монтаж на трубопроводы со следующими типами рабочей среды:
Основными сферами применения являются предприятия жилищно-коммунального комплекса, энергосистемы, химическая, пищевая промышленность, сельское хозяйство, горнодобывающая, металлургическая, другие структуры.
В производстве запорной арматуры используются следующие материалы:
Виды запорной арматуры
Запорные устройства, перекрывающие поток рабочего вещества в трубе, классифицируются по способу остановки потока.
Задвижки
Изделия данного типа используются на технологических линиях и в транспортных трубопроводах промышленного назначения. Задвижка изготавливается в следующих исполнениях:
На запорной арматуре большого диаметра при ручном управлении устанавливается редуктор с червячной, конической или цилиндрической передачей для уменьшения усилия на маховик. Если шпиндель задвижки расположен горизонтально, электропривод монтируют на опоре, червяк и роликоподшипник густо смазывают маслом.
Классификация задвижек
По конструкции шпинделя запорной арматуры различают задвижки:
По конструкции затвора:
Особенности задвижек
Арматура имеет простую конструкцию, характеризуется неприхотливостью в эксплуатации, высокой степенью ремонтопригодности. Функционирует в позициях «открыто» и «закрыто». При частой фиксации затвора в промежуточном положении возникает вибрация, что приводит к разрушению задвижки.
Вентили
Вентилем называется устройство, в котором движение запирающего элемента производится посредством ходовой гайки и шпинделя (резьбовой пары). Арматура обладает свойством самоторможения, поэтому запорный орган можно оставлять в любом промежуточном положении.
Основные характеристики вентилей:
Классификация вентилей
По конструкции корпуса:
По типу регулирующего элемента:
По степени герметизации:
Особенности вентилей
Вентиль имеет достаточно простую конструкцию, характеризуется надежностью и удобством в использовании. Недостаток такой запорной арматуры – высокое гидросопротивление, которое приводит к образованию застойных зон.
Шаровые краны
Кран представляет собой изделие, в которой сферический запирающий элемент поворачивается вокруг оси, располагающейся произвольно по отношению к движению рабочего потока. Устройство дает возможность не только полностью перекрывать поток, но и регулировать его движение. Материал изготовления шаровых кранов ГОСТом не регламентирован, его устанавливает изготовитель для каждой конкретной модели. То же самое относится к рабочим средам, параметрам и применимости запорной арматуры. Основной характеристикой изделий является номинальный диаметр (DN). Для шаровых кранов этот показатель составляет от 10 до 500 мм.
Конструктивные требования
Шаровые краны должны открываться поворотом шпинделя по часовой стрелке, если в конструкторской документации не указано обратное. Для крайних положений предусмотрены ограничители поворота пробки. Расположение рукоятки должно соответствовать направлению проходного канала шара. В конструкции запорного устройства предусматривают также элемент, обеспечивающий непрерывную электропроводимость. Снятие статического напряжения осуществляется только искусственным путем.
Классификация шаровых кранов
Эту запорную арматуру классифицируют по типу проточной части корпуса, выделяя:
По типу присоединения к трубопроводу:
По состоянию крана с приводом:
По типу управления:
По количеству и типу соединяемых патрубков:
Номенклатура шаровых кранов на некоторых заводах включает изделия для монтажа в грунт. Такие модели имеют высокую вентильную ось, которая вместе с маховиком выводится на поверхность земли.
Область применения шаровых кранов
Арматура данного типа широко используется в системах питьевого водоснабжения, отопления, в пожарных гидрантах, пневмосистемах, трубопроводах, транспортирующих масла, пищевые растворы, нефтепродукты, химически агрессивные вещества и т. д. Простая конструкция и легкое использование позволяют устанавливать их не только на промышленных объектах, но и в жилых домах.
Особенности запорных кранов
Шаровые краны неприхотливы в эксплуатации, имеют компактные размеры и малый вес, не требуют технического обслуживания. Для перекрывания потока не приходится долго вращать ручку шарового крана – достаточно повернуть ее на 90°.
В отличие от регулирующих моделей шаровые краны предназначены для перекрывания потока рабочей жидкости, то есть имеют два основных положения: «открыто» и «закрыто». Возможно плавное изменение скорости движения среды, но оставлять пробку в промежуточном положении нежелательно. Под давлением жидкости стачивается острая кромка крана и нарушается герметичность.
Стандартизация запорной арматуры
Основные параметры всех типов запорной арматуры регламентированы ГОСТом, поэтому при изготовлении на корпусы устройств наносят соответствующую маркировку. Цифровое и/или буквенное обозначение может содержать информацию о заводе изготовителе, материале изделия, диаметре условного прохода, допустимых рабочих параметрах и т. д. Маркировка ускоряет процесс выбора, а стандартизация размеров упрощает монтаж.
Клапан запорный (вентиль)
Назначение
Клапан запорный (вентиль) – служит для перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе, движущегося в одном направлении. Направление движения рабочей среды по стрелке на корпусе. Запирающий элемент перемещается параллельно оси потока.
Применяют запорные клапаны, чаще всего, на паро- и водопроводах, поскольку они создают высокое сопротивление потоку, выше чем задвижки. При течении поток искривляется, меняет свое направление, сужается, затем расширяется до первоначальных размеров. При этом возникают интенсивные вихреобразования.
Поэтому их применяют когда движение среды происходит только в одном направлении и не вызывает больших гидравлических сопротивлений. Специальные клапаны применяют для ручного дросселирования давления (например, редукционный вентиль на установках термического крекинга).
Следует заметить, что до 1982 года клапаны, в которых затвор перемещается при помощи резьбовой пары шпиндель – ходовая гайка, назывались вентилями. В настоящее время клапаном называют и арматуру с резьбовым шпинделем и с гладким штоком.
Запорные клапаны должны соответствовать требованиям ГОСТ 5761 (в части клапанов сальниковых и сильфонных, стальных и из цветных металлов), ТУ и КД.
Номинальные давления от PN1,6 МПа (PN16) до PN25МПа (PN250) включительно.
Конструкция
Клапан состоит из следующих основных элементов:
Запорным органом является затвор, поступательно перемещающийся в вертикальной плоскости. Уплотнительные поверхности затвора запорного клапана могут иметь форму:
Клапан запорный (вентиль)
Седло клапана ввинчивается или вваривается в корпус изделия.
Конструкция верхнего уплотнения защищает сальниковую набивку, когда клапан находится в полностью открытом положении, чем исключается долговременное воздействие давления рабочей среды на набивку. Сальниковая набивка выполнена из терморасширенного графита и имеет хорошую уплотнительную способность.
Крышка крепится на корпусе при помощи шпилек с навернутыми на них шестигранными гайками, что позволяет быстро и удобно производить разборку изделия. Спирально навитая прокладка надежно уплотняет соединение крышки с корпусом даже при высокотемпературных условиях эксплуатации.
На клапанах высокого давления возможно применение металлической прокладки овального или восьмиугольного сечения. Втулка шпинделя изготавливается из латуни, что позволяет обеспечивать свободное и мягкое открытие клапана.
Уплотнение шпинделя
По способу герметизации соединения шпиндель-крышка, клапаны делятся на:
Сальниковая – для уплотнения места прохода шпинделя используется сальниковая набивка – пропитанная антисептическими и гидрофобными составами специальная формованная лента из материалов растительного происхождения. Набивка сжимается в направлении оси штока или шпинделя и, благодаря своим упругим свойствам, расширяется в радиальном направлении, плотно заполняя пространство зазора между стенкой и штоком. Сальниковое уплотнение наиболее распространенный тип уплотнения благодаря своей простоте, низкой стоимости и возможности ремонта.
Сальниковое уплотнение
Сильфонная, мембранная – отличается отсутствием подвижных соединений с зазорами, через которые рабочая среда может вытечь наружу, благодаря тому, что устройство управления движением затвора находится по одну сторону упругого элемента, а рабочая среда – по другую сторону. Иначе говоря, стенка сильфона или мембрана выступают в роли герметизирующего элемента подвижного соединения.
Классификация
Проходные
Самые распространенные. В таком вентиле поток делает два поворота на 90°, что приводит к высокому сопротивлению и появлению застойных зон в корпусе.
Иногда ось выходного патрубка смещена относительно входного.
Угловые
Размещаются на поворотных участках трубопровода, в них поток поворачивает на 90° один раз, что позволяет снизить сопротивление по сравнению с проходными.
Прямоточные (вентиль Косва)
Для снижения гидравлического сопротивления применяют вентили со шпинделем расположенным под углом 45 градусов к потоку (вентиль Косва). Это позволяет выпрямить поток внутри вентиля и уменьшить его сопротивление. Но при этом увеличивается ход штока, строительная длина и масса изделия.
Принцип работы
При вращении штурвала происходит поступательное (перпендикулярно потоку) перемещение шпинделя, который прижимает золотник к седлу.
Положения открыто/закрыто
Основной особенностью конструкции запорного клапана является уплотнение затвора. При закрытии клапана золотник плотно прилегает к седлу.
Коэффициенты местного сопротивления
Коэффициенты местного сопротивления для различных элементов трубопровода:
Подбор запорного клапана (вентиля)
Поскольку запорные клапаны создают высокое сопротивление потоку применяют их, чаще всего, на паро- и водопроводах.
Выбор запорного клапана будет зависеть от следующих параметров:
Движение потока рабочей среды относительно запорного клапана, выбирается в зависимости от давления:
В клапанах низкого давления рабочая среда протекает непосредственно над седлом. Крутящий момент при закрытии клапана будет более высоким.
В клапанах высокого давления поток рабочей среды поднимается над золотником, создавая прижимающие усилия, уменьшающие крутящий момент при закрытии затвора. При открытии золотник поднимается на расстояние 25-40% от своего полнопроходного положения.
Преимущества и недостатки
По сравнению с задвижками клиновыми, также являющимися запорной трубопроводной арматурой, конструкция клапанов позволяет использовать внутреннее рабочее пространство изделия более рационально.
Простота конструкции клапанов обеспечивает быстроту их производства и обслуживания. Надежное уплотнение затвора и незначительная сила трения сопрягаемых поверхностей позволяют эксплуатировать вентиля в течение продолжительного периода.
Основные преимущества клапанов запорных:
Технические характеристики
Основные технические характеристики клапанов запорных:
Материальные исполнения из сталей:
Запорная арматура — виды и эксплуатация
Система современных коммуникаций немыслима без качественной арматуры. Запорная арматура предназначена для управления потоком рабочей среды, идущей по трубопроводу. На практике рабочая среда может представлять собой воду, пар, газ, нефть, агрессивные жидкости и т. д. Арматура позволяет регулировать давление среды в трубопроводе вплоть до полного перекрытия трубопровода.
Любой вид запорной арматуры изготавливается из стали, латуни, бронзы или ковкого чугуна. К основным характеристикам относятся диаметр подсоединяемого к ней трубопровода и наибольшая величина избыточного давления при температуре среды в трубопроводе 20 градусов.
Существуют различные виды запорной арматуры. К ней относятся всевозможные краны, заслонки, задвижки и вентили.
Использовать тот или иной вид можно только при его соответствии техническим условиям отдельно взятого трубопровода. К примеру, для газовых трубопроводов, водных магистралей и систем для перекачки агрессивных веществ используются абсолютно разные типы оборудования. Рассмотрим более подробно каждый из этих видов.
Запорные краны
Запорные краны могут устанавливаться на любых трубопроводах. К трубам краны крепятся при помощи фланцевого или муфтового соединения. В отдельных случаях допускается приваривание патрубков кранов к трубопроводам. Все краны подразделяются на две основные группы — шаровые и пробковые.
В зависимости от состояния рабочей среды краны могут быть:
Запорные заслонки
Запорная заслонка представляет собой трубопроводную арматуру, в которой запорный орган выполнен в виде диска, вращающегося вокруг своей оси. Ось диска расположена перпендикулярно или под некоторым углом к направлению движения рабочей среды. Заслонки используются преимущественно на трубопроводах большого диаметра при невысоком давлении рабочей среды. Требования к герметичности таких устройств значительно снижены.
Запорные заслонки управляются при помощи:
Корпус заслонки выполнен, как правило, из чугуна. Поворотный диск изготавливается из стали. Заслонки врезаются в трубопровод при помощи сварки или с использованием фланцевого соединения. Заслонки могут эксплуатироваться в трубах, по которым перекачиваются кислоты и щелочи, а также корродирующие стоки.
Отличие заслонок от вентилей и кранов состоит в том, что они пропускают через себя рабочую среду, содержащую твердые вещества.
Заслонки практически не требуют технического обслуживания.
Запорные задвижки
Выбор запорной арматуры предполагает выбор качественных трубопроводных задвижек. Они нужны для периодического перекрытия потока рабочей среды. Материалом для изготовления задвижек служит чугун, сталь, нержавеющая сталь или сплавы цветных металлов. Выбор материала задвижки зависит от содержимого трубопровода (щелочная или кислая среда).
По принципу работы задвижки бывают:
Клиновые задвижки имеют затвор в виде клина. Уплотнительные поверхности такого затвора расположены под углом относительно друг друга. Шпиндель у клиновых задвижек является невыдвижным. Клин может быть упругий, жесткий или двухдисковый. Применяют задвижки на трубопроводах, по которым перекачиваются нефть, газ, вода, некоторые неагрессивные вещества.
Очень важно, чтобы рабочая среда была химически нейтральна к материалу задвижки.
На газопроводах используют клиновые задвижки с выдвижным шпинделем, изготовленным из чугуна.
Наибольшую популярность приобрели задвижки, оснащенные электроприводом. Он позволяет достаточно быстро приводить заглушку в открытое или закрытое положение, а также частично перекрывать поток. Управление электроприводом может осуществляться дистанционно, с пульта, а может включаться вручную, непосредственно на трубопроводе. За положение запорного механизма отвечают специальные датчики и индикаторы. Задвижки, оснащенные электроприводным механизмом, можно использовать на любых трубопроводах.
Врезка запорных задвижек в трубопровод производится при помощи фланцевого соединения или сварки.
Устройство запорных вентилей
Устройство запорного вентиля.1. Корпус 2.Крышка 3. Золотник 4.Шток 5. Втулка 6. Ручка
Запорный вентиль является разновидностью запорной арматуры и предназначен для полного перекрытия потока рабочей среды, движущейся по трубопроводу. Он не предназначен для регулирования рабочего давления в трубопроводе. Вентиль должен находиться всегда в полностью открытом или полностью закрытом положении. Все вентили обладают небольшим ходом запорного органа, а также допускают установку в любом положении.
Запорный вентиль состоит из золотника, находящегося на опускающемся шпинделе. При закрывании вентиля золотник опускается на седло, перекрывая поток.
Запорный орган вентиля перемещается параллельно направлению потока, что немаловажно для предотвращения возможных гидроударов в трубопроводе.
Вентили могут различаться по виду герметизации, они бывают:
Все запорные вентили имеют соединительные патрубки, благодаря которым производится их врезка в трубопровод. Вентили, которые предназначенные для работы с высоким давлением, имеют толстые стенки, а монтируются к трубопроводам при помощи приварки. Изделия небольших размеров имеют муфтовые соединения. Вентили больших размеров могут соединяться с трубами посредством фланцевых патрубков.
Эксплуатация запорных вентилей
Управление вентилями осуществляется при помощи электродвигателя или ручного маховика, в некоторых случаях применяется дистанционное управление.
Запорные муфтовые чугунные вентили используют на трубопроводах, по которым производится подача воды, воздуха или пара. При прокачке воды рабочая температура не должна превышать 50 градусов. Запорный орган такого изделия уплотняется кожаным, резиновым или фторопластовым кольцом. Прокладки используются паронитовые. Резьбовое муфтовое соединение позволяет быстро и надежно установить вентиль в систему.
Вентили муфтовые латунные запорные имеют небольшой вес и устойчиво работают в системах с 
высоким давлением. Латунные изделия также не боятся перепадов давления. Могут устанавливаться в любых местах трубопровода, обеспечивая полное перекрытие магистрали.
Запорные вентили с электромагнитным приводом используются на трубопроводах, по которым проходит вода или воздух. Температура потока не должна превышать 50 градусов. Корпус изготовлен из чугуна, а золотник и крышка — из стали. Управляется устройство дистанционно или вручную.
Запорная арматура для агрессивных сред
Для эксплуатации на трубопроводах, по которым движутся агрессивные вещества, используется специальная запорная арматура. При этом необходимо учитывать надежность, герметичность и время непрерывной эксплуатации.
Наибольшее распространение получили вентили благодаря герметичному соединению золотника и седла, а также благодаря отсутствию трения. Латунь является материалом, устойчивым к агрессивным средам, поэтому латунные муфтовые вентили очень широко используются в подобных условиях, особенно при эксплуатации в жидкой среде.
Если температура рабочей среды достаточно высока, то используют сильфонные запорные вентили. Они могут безупречно работать при температуре до 350 градусов.
Сильфонные вентили применяют в тех случаях, когда необходимо достичь герметичности соединения и не допустить утечки в атмосферу рабочей среды. Сильфон внутри устройства герметизирует внутренности от окружающей среды.
Поскольку запорная арматура для агрессивных сред должна иметь антикоррозийное покрытие, в некоторых случаях используются запорные фланцевые фарфоровые вентили. Корпус такого вентиля полностью изготовлен из фарфора. Роль антикоррозийного покрытия выполняет глазурь, нанесенная на поверхность корпуса.
Также могут встречаться диафрагмовые вентили, имеющие резиновое защитное покрытие. Мембрана в таких устройствах изготавливается из фторопласта, резины или ПВХ.
Помимо вентилей, для работы в агрессивных средах используются шланговые клапаны и краны. А вот задвижки обычно не используются ввиду слишком быстрого износа сальника
2. Конструктивные особенности трубопроводной арматуры. Классификация и конструкция трубопроводной арматуры.
2. Конструктивные особенности трубопроводной арматуры. Классификация и конструкция трубопроводной арматуры. 2. Конструктивные особенности трубопроводной арматуры. Классификация и конструкция трубопроводной арматуры.
Запорная арматура. Краны. Рабочий орган кранов — пробка, которая при повороте вокруг своей оси открывает или закрывает сквозной канал в корпус. По способу уплотнения пробки в корпусе краны подразделяются на натяжные (рис. 1, а) и сальниковые (рис. 1, б). В натяжных кранах уплотнение осуществляется подтягиванием гайки 3, навернутой на нижний конец пробки 2, проходящей через дно корпуса 1. В сальниковых кранах уплотнение пробки достигается подтяжкой грундбуксой 4. В сальниковых кранах диаметром условного прохода 40 мм и более в нижней части корпуса устанавливается отжимный болт 5, который служит для облегчения извлечения пробки при разборке крана.
а — натяжной
б — сальниковый фланцевый
Вентили. По назначению вентили разделяют на запорные и регулирующие. Рабочий орган запорного проходного вентиля (рис. 2, а) — тарелка (золотник, клапан) 1 и шпиндель (шток) 4, который переме¬щается перпендикулярно седлу — уплотнительной поверхности в корпусе 2. При открывании вентиля с помощью маховика 7 тарелка отрывается от седла без скольжения, благодаря чему исключается задирание уплот-нительных поверхностей затвора.
В вентилях гидравлическое сопротивление выше, чем в кранах, так как потоку среды приходится менять направление. Для уменьшения гидравлического сопротивления иногда применяют прямоточные венти¬ли (рис. 2, б), у которых золотник в открытом положении не мешает проходу среды.
а — проходной
б — прямоточный
в — сильфонный
1 — тарелка (золотник, клапан)
2 — корпус
3 — крышка
4 — шпиндель (шток)
5 — сальниковая набивка
6 — сильфон
На рис. 2, в показан сильфонный вентиль, в котором проход среды через крышку закрывает сильфон 6, представляющий собой гофрирован¬ную втулку. Уплотнение с помощью сильфона обеспечивает большую плотность, чем сальниковая набивка 5, и применяется на трубопроводах, находящихся под разрежением (вакуумом), чтобы не допустить срыва вакуу-ма из-за присоса в трубопровод наружного воздуха, или на трубопроводах с агрессивной средой, утечка которой недопустима.
Регулирующие вентили по конструкции аналогичны запорным и отличаются от них только формой тарелки, которая для обеспечения плавного регулирования количества протекающей среды большей частью выполняется в виде профилированной иглы обтекаемой формы и состав¬ляющей со шпинделем одно целое.
Для современных вентилей высоких и сверхкритических параметров среды (рис. 3) особенностью является бескрышечное исполнение — бугель 3 соединяется непосредственно с корпусом 1 с помощью резьбы. Роль тарелки выполняет торцевая часть штока 2 с наплавленной уплотни¬тельной поверхностью, имеющей коническую форму. Шпиндель 4 сопря-гается одним концом резьбы с резьбовой втулкой 5, а другим — со штоком, узлом (хомутом) 7 соединения шпинделя со штоком. Узел сальни¬кового уплотнения 8 штока расположен в корпусе 1. Управление венти¬лем осуществляется маховиком 6.
На трубопроводах для подкисленной воды в цехах химводоочистки применяют диафрагмовые вентили (рис. 4). Затвором в них является резиновая диафрагма 6. Внутренняя поверхность корпуса 1 покрыта резиной. При вращении маховика шпиндель 4 увлекает за собой клапан 3 и прикрепленную к нему резиновую диафрагму 6, которая, выгибаясь кверху, открывает проход для среды.
1 — корпус
2 — крышка
3 — клапан
4 — шпиндель
5 — маховик
6 — резиновая диафрагма
Задвижки. Задвижки по конструкции затвора подразделяются на клиновые и па-раллельные (шиберные). В отличие от вентилей затворы у задвижек перемещаются парал-лельно уплотнительным поверхностям седла.
У клиновых задвижек уплотнительные кольца в корпусе располагаются под углом друг к другу и затвор имеет форму клина, чем обеспечивается плотность прилегания затвора к седлу.
У параллельных задвижек уплотнительные кольца в корпусе параллельны и плотность прилегания достигается с помощью грибка или других устройств, прижимающих тарелки затвора к седлам в корпусе.
Клиновые и параллельные задвижки могут быть с выдвижным (рис. 5), с невыдвиж-ным шпинделем или со шпинделем, имеющим вращательно-поступательное движение.
1 — корпус
2 — клин (диск)
3 — крышка
4 — шпиндель
5 — узел уплотнения шпинделя
6 — ходовой узел шпинделя
Наибольшее распространение получили как равнопроходные, так и с небольшим су-жением в зоне седел задвижки с клиновым самоуста¬навливающимся двухдисковым затвором или затвором в виде эластичного клика.
Соединение корпуса с крышкой — бесфланцевое, самоуплотняю¬щееся под давлением рабочей среды; соединение патрубков задвижки с трубопроводом — сварное.
На рис. 6 показана новая конструкция задвижки с малогабаритным затвором на высо-кие и сверхкритические параметры.
Основные узлы и детали задвижки: корпус 1 с вварными седлами: малогабаритный клиновой затвор 2, состоящий из двух дисков, распираемых распорным кольцом, выполненным в форме клина; шпиндель 3; плавающая крышка 4; бугель 5; привод 6; ходовой узел шпинделя 7 и узел уплотнения 8. Соединения тарелок с обоймой — байонетное, тарелки фиксируются в определенном положении с помощью двух штифтов, распираемых пружи-ной.
Между распорным кольцом и дисками устанавливают рифленую компенсирующую прокладку, служащую для компенсации неточности изготовления деталей затвора и установки седел корпуса: для регулирования линейных размеров затвора можно устанавливать регулирующую прокладку.
Кроме улучшении конструкции затвора изменен узел бесфланцевого соединения кор-пуса с бугелем. Кольцо в верхней части имеет буртик высотой 10 мм и диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса. Благодаря этому усилие от внутреннего давления через плавающую крышку и сальник, консольно действующее на разъемное кольцо, воспринимается не торцевыми поверхностями паза, как было в старой конструкции, а стенками корпуса. Это позволяет увеличить зазор между торцевой поверхностью кольца и пазом корпуса до 1—1,6 мм.
На торцевой поверхности буртика имеется кольцевая проточка шириной 4 мм, позволяющая применить приспособление для извлечения сегментов разъемного кольца из паза корпуса, что повышает производительность труда при разборке арматуры.
Задвижки на давление 4 МПа и температуру 570°С выпускают с фланцевым соединением корпуса с крышкой.
Регулирующая арматура. К регулирующей арматуре относятся регулирующие вентили, регулирующие клапаны, регуляторы давления прямого действия, регуляторы уровня. Конденсатоотводчики и смеситель¬ные клапаны. Регулирующие вентили имеют ограниченное применение.
Регулирующие клапаны. Регулирующие клапаны (рис. 7, а, б) широко используются в различных системах автоматического регулирования потоков. Управление осуществляется с помощью мембранного привода при пневматической системе связи или с помощью электро¬моторного привода при электрической системе связи. Регулирующие клапаны могут быть двух типов: нормально открытые (НО) и нормаль¬но закрытые (НЗ).
а — с пневматическим мембранным исполнительным механизмом
б — с электрическим исполнительным ме-ханизмом
1 — корпус
2 — регулирующий орган (золотник)
3 — привод
В питательных узлах отечественных блоков высоких и сверхкритических параметров устанавливают регулирующие клапаны шиберного типа (рис. 8). Регулирующим органом клапана служит плоскопараллельный шибер 2. Седло 3, установленное в корпусе 1, выполнено в виде перфорированной перегородки, с тем чтобы обеспечить направление потока воды параллельно оси трубопровода. Для уменьшения износа резьбовой пары втулка резьбовая шток перенесена в прямоходовой механизм 4. Управление клапаном осуществляется встроенным электроприводом 5 через прямоходовой механизм.
Клапан не является запорным, хотя при соответствующем состоянии уплотнительных поверхностей и при определен-ном перепаде давлений среды (1 МПа) протеч¬ки в закрытом состоянии (нерегулируемый расход) могут быть сведены практически к нулю. Соединение корпуса с крышкой — бес-фланцевое, с опорным элементом в виде разрезного закладного кольца.
В клапанах шиберного типа регулирующий орган — шибер (седло) в процессе эксплуатации подвергается сильному эрозионному износу. Для устранения этого важно правильно подобрать материал рабочих поверхностей. Если принять эрозионную стойкость стали 12Х18Н9Т за единицу, то относительная эрозионная стойкость поверхностей, наплав-ленных различными электродами, будет следующей: для электродов ЦН-6 — 0,9; ЦН-12 — 1,01; ЦН-13 — 2,75; ЦН-2 — 1,44; ЦН-3 — 0,914; ХН80С3Р — 4,5.
Вместо выпускавшихся клапанов впрыска шиберного типа в настоящее время про-мышленность начала выпускать серийно запорно-регулирующие клапаны игольчатого типа (рис. 9). Основными составными частями клапана являются корпус 1, бугель 5, шток 4, узел перемещения штока 6. В корпусе размещено седло 2, имеющее наплавленную уплотнительную поверхность конусной формы. Для передачи усилия уплотнения на нижнюю набивку предусмотрена промежуточная втулка 3.
Управляется клапан встроенным электроприводом 7, позволяю¬щим осуществлять как дистанционное управление клапаном, так п управление вручную (маховиком).
С целью упрощения схемы впрыска охлаждающей воды в охладитель пара редукционно-охладительных установок (РОУ) выпускаются клапаны впрыска многоступенчатого (каскадного) дросселирования. Они заменяют применявшуюся ранее в схеме впрыска арматуру с клапанами постоянного расхода. В таких клапанах седла разделены на несколько секций. Максимальный перепад давлений определяется в основном двумя факторами: повы-шенной эрозионной стойкостью материала седла и профилированной части штока, а также гидродинамикой потока воды в самом седле.
Снижение давления воды происходит не только в наиболее узком сечении, но и в дроссельных каналах, что обеспечивает малые осевые скорости потока и предохраняет регулирующий орган от эрозионного износа.
Клапаны, управляющиеся посредством рычажной системы от элект¬рического испол-нительного механизма типа МЭО (механизм исполни¬тельный электрический) или КДУ (ко-лонка дистанционного управления), одновременно с дросселирующими функциями выполняют и запорные.
Регуляторы давления. Регуляторы предназначены для автоматического поддержания заданного давления “после себя” или “до себя”. Их применяют на трубопроводах для жидких и газообразных сред. В этих устройствах для перемещения регулирующего органа используется энергия регулируемой среды: они работают без дополнительного постороннего источника энергии.
Регуляторы давления прямого действия изготовляют рычажными (рис. 10) “после себя” и “до себя”; пружинными (рис. 11) “после себя” (редукционные клапаны); с поршневым приводом и внутренним им¬пульсным механизмом (редукционные клапаны).
Рычажный регулятор (см. рис. 10) состоит из груза 4, мембранного исполнительного механизма 3 и разгруженного регулирующего органа (золотника) 2. Среда под рабочим (на-чальным) давлением подается во входной патрубок корпуса 1.
Проходное сечение в этот мо-мент у регуляторов “после себя” открыто, а у регуляторов “до себя” закрыто за счет действия рычага с грузом на подвижную систему. С помощью трубки, соединяющей трубопровод с мембранным исполнительным меха¬низмом, давление передается на мембрану в направлении, обратном действию груза.
Когда давление среды на мембрану станет больше или меньше усилия, создаваемого грузом, подвижная система начнет пере¬мещаться, что приведет к изменению проходного сечения в регуляторе и давления до регулятора или после него. На требуемое давление регу¬лятор настраивают подбором грузов и их расположением на рычаге. Рычажный регулятор устанавливают на горизонтальном трубопроводе мембранной головкой вверх.
Пружинные регуляторы “после себя” (рис. 11) имеют односедель¬ный корпус 7, регулирующий орган (золотник) 2, уравновешенный от одностороннего действия среды с помо-щью поршня в цилиндре 4, куда также поступает среда. Пружина 3 регулятора воспринимает усилие редуцированного давления среды, поступающей под золотник. На требуемое давление регулятор настраивают регулировочным винтом 5, враще¬нием которого изменяют усилие сжатия пружины.
На этом же принципе основано действие регулятора перелива, у которого поплавок открывает клапан при превышении водой в баке заданного уровня.
Конденсатоотводчики. Для автоматического отвода конденсата из паропрово-дов низкого и среднего давления применяются Конденсатоотводчики либо поплавкового типа, либо с термостатом.
Конденсат, попадая в конденсационный горшок вместе с паром, за¬полняет простран-ство между корпусом и поплавком. По мере заполне¬ния корпуса конденсатом поплавок всплывает и клапан закрывает отверстие в седле. При дальнейшем поступлении конденсат начинает пере¬ливаться внутрь поплавка. Поплавок опускается и, увлекая за собой втулку с клапаном, открывает проход в седле клапана. При этом конденсат вытесняется из конденсационного горшка давлением пара. По мере вытеснения конденсата поплавок поднимается и закрывает про¬ход в седле клапана. После накопления конденсата в корпусе процесс повторяется.
Смесительные клапаны. Смесительная арматура исполь¬зуется в тех случаях, когда необходимо в соответствующих пропорциях смешивать различные среды, например холодную и горячую воду, выдер¬живая постоянным определенный параметр или изменяя его по требуемому закону. Отличие смесительных клапанов от регулирующих заключается в том, что командный сигнал, задающий положение плунжера в смесительном клапане, опре-деляет одновременные расходы двух сред, в то время как в регулирующем клапане положение плунжера опреде¬ляет расход одной среды. Так же, как и регулирующие, смесительные клапаны могут управляться с помощью пневматической или электри¬ческой связи.
Предохранительная арматура. Назначение предохранительной арматуры — предотвращение возможности возникновения недопустимо высокого давления в установках и системах.
Предохранительные клапаны. Предохранительные клапаны по производительности подразделяются на мало и полноподъемные. Малоподъемные клапаны выполняют рычажно-грузовыми и пружинными.
Полноподъемные клапаны могут иметь вспомогательное устройство в виде импульсного клапана, включающего подачу среды в подъемное поршневое устройство главного клапана.
Наиболее широкое применение получили малоподъемные клапаны. Малоподъемные рычажно-грузовые предохранительные клапаны выпускают с одним седлом — однорычаж-ные (рис. 14, а), с двумя — двухрычажные и пружинные предохранительные клапаны (рис. 14, б) с одним седлом.
а — однорычажный
б — пружинный
1 — корпус
2 —золотник
3 — шток
4 — рычаг
5 — груз
6 — пружина
7 — регулировочное устройство
Рычажно-грузовые клапаны устанавливают вертикально, крышкой вверх, с горизонтальным расположением рычага. Пружинный клапан устанавливают вертикально, колпаком вверх.
Наиболее рациональным типом предохранительных устройств боль¬шой производительности на высокие и сверхкритические параметры среды являются импульсно-предохранительные устройства (ИПУ). В соответствии с правилами Госгортехнадзора на паровых котлах с давлением выше 3,9 МПа должны устанавливаться ИПУ, состоящие из главного предохранительного клапана (ГПК), вспомогательного им¬пульсного клапана (ИК) и электроконтактного манометра (ЭКМ).
На рис. 15 представлена схема действия импульсно-предохранительного устройства. При повышении давления пара в паропроводе 1 до установленного предела контактная сис-тема электроконтактного манометра 2 срабатывает. При этом электромагнит 3 обесточивает-ся, а элект¬ромагнит 4 находится под напряжением. Под действием повысившегося давления и усилия со стороны электромагнита 4 импульсный клапан 6 открывается, при этом пар по-дается в поршневую камеру главного пре¬дохранительного клапана 7. Под действием усилия, развиваемого давлением пара, поршень 8 перемещается вниз, открывает тарелку 9 и сбрасы-вает пар в атмосферу.
При нормальном давлении пара электромагнит 3 помогает грузу 5 удерживать им-пульсный клапан плотно закрытым.
После снижения давления до заданного значения контактная система электроконтактного манометра 2 снова включит под напряжение электромагнит 3, импульсный клапан 6 закроет доступ пара в поршневую камеру клапана 7 и он закроется.
В целях повышения надежности и сокращения количества клапанов, устанавливаемых на котел, промышленность выпускает клапаны с про¬пускной способностью 240—500 т/ч (рис. 16).
Пропускная способность ГПК зависит от параметров свежего пара:
Давление, МПа 10,14, 25,5, 25,5
Температура, С, 540, 570, 565, 565
Пропускная способность по пару, т/ч 115, 160, 240, 500
Основные узлы и детали ГПК следующие: корпус 1 с двумя приварными выхлопными патрубками 8, внутри которых расположены решет¬ки 9, служащие для дросселирования пара при срабатывании клапана: узел сервопривода 2, включающий корпус и поршень, скрепленный двумя штоками 6 и 7, бугель 5, соединяемый с помощью резьбы с корпу¬сом сервопривода, и узел гидравлического демпфера 3, содержащий поршень, а также спиральную и тарельчатые пружины. Пар в ГПК подается на золотник 11, т.е. в закрытом положении золотник прижимается к седлу 10 давлением рабочей среды. Начальная гер¬метичность клапана обеспечивается с помо¬щью спиральной пружины 4.
Проектными организациями и электро¬станциями разработаны различные устройства, позволяющие снизить шум. Одно из простей¬ших устройств для сни¬жения шума при работе предохранительных клапанов — коничес¬кий диск с отверстия¬ми, который устанав¬ливают на выходе потока из главного предо¬хранительного клапана в диффузоре.
Импульсный клапан (рис. 17) является составной частью импульсно-предохраните-льного устройства котлоагрегата и предназначен для управления главным предохранительным клапаном путем по¬дачи (или прекращения подачи) в камеру сервопривода ГПК рабочей среды.
Импульсно-предохранительное устройство для горячих линий промежуточного пере-грева на давление пара 4,1 МПа и температуру 570 С несколько отличается от импульсно-предохранительного устройства паропровода свежего пара: импульсный рычажный клапан не имеет элект¬ромагнитного привода и срабатывание всего устройства достигается срабаты-ванием импульсного рычажного клапана под прямым воздействием изменяющегося давления пара.
1 — корпус
2 — золотник
3 — крышка
4 — втулка
5 — шток
6 — рычаг
7 — груз
8 — фильтр
Главный предохранительный клапан промежуточного перегрева пара сервомоторного типа (рис. 18) представляет собой конструкцию с литым корпусом 7, узлом затвора, состоящим из седла 2 и тарелки 3, соединенной резьбой со штоком 4, серво-приводом, размещенным в стакане 5. Узел сервоприво¬да состоит из поршня 6 и рубашки 7.
Пружинный амортизатор 8 предназначен также для удержания подвиж¬ных частей клапана. Для демпфирования удара при посадке тарелки в крышке 10 установлен дроссельный клапан 9.
Обратные клапаны. Обратные клапаны устанавливают на трубопро¬водах для предотвращения обратного потока в трубопроводе, что может создать в некоторых случаях аварий¬ные условия. Клапаны сра¬батывают автоматически под действием энергии среды, транспортируемой по трубо¬проводу.
Для установки на горизонтальных и вертикальных участках трубо¬проводов применяют поворотные обратные клапаны (рис. 19, а). Для установки на трубопроводах большого диаметра, например на циркуляционных трубопроводах береговых насосных станций, при-меняют много¬дисковые поворотные обратные клапаны.
На горизонтальных участках трубопроводов устанавливают подъемные обратные клапаны (рис. 19, б). В этих клапанах золотник имеет направляющий хвостовик и перемещается в вертикальной плоскости. Для обеспечения плавной посадки клапана при закрытии некоторые типы обратных клапанов снабжаются демпферным (тормозным) устройством.
а — поворотный типа “захлопка”
б — обратный подъемный
1 — корпус
2 — диск (золотник)
3 — рычаг
4 — рычаг
Кроме своего основного назначения обратные клапаны выполняют еще одну функцию — предохраняют питательные насосы от “запаривания”, для чего в корпусе клапана или в подводящем патрубке имеется специальный отвод, к которому присоединяется линия рециркуляции, обеспечивающая определенный минимальный расход воды через работающий насос.
Редукционно-охладительные установки. Редукционно-охладительные установки предназначены для редуцирования и охлаждения пара и устанавливаются в качестве обвод-ных устройств энергетических блоков для резервирования пара, поступающего к потребите-лю, а также для постоянной работы на потребителя.
Редукционно-охладительные установки могут быть двух типов — обычные (РОУ) и быстродействующие (БРОУ).
БРОУ предназначаются для сброса острого пара при пусках или остановах энергобло-ков, излишнем повышении давления острого пара и внезапном снижении давления или сбросе нагрузки турбогенератора. Их используют также для питания турбонасоса блока при сбросе нагрузки на турбине и останове блока, а также в качестве горячего резерва турбин с противодавлением и резерва производственного отбора пара турбины. В комплект БРОУ входят: клапан запорно-дроссельный; шумоглушитель; охладитель пара; клапан регулирующий; клапан обратный для воды; задвижка (вентиль) для воды; вентили запорные дренажные; электроприводы и исполнительные механизмы; импульсно-предохранительное устройство.
Приводы для управления трубопроводной арматурой. Приводы предназначены для управления запорной, регулирующей и дросселирующей арматурой; с помощью их открывают и закрывают затвор арматуры или останавливают его в промежуточном положении. Приводы бывают: ручными (местными или дистанционными); электроприводами (встроенными или колонковыми); электромагнитными; пневмо- и гидроприводами.
Ручные местные приводы. Ручной привод представляет собой рукоятку или маховик, насаженные на шпиндель вентиля, втулку шпинделя задвижки, валик приводной головки или валик встроенного электропривода. Ручной привод применяют при небольших усилиях, требующихся для перемещения затвора арматуры. Арматуру с ручным приводом устанавливают в местах, удобных для ее обслуживания. Руч¬ные приводы могут быть с руко-яткой и маховиком.
Ручные дистанционные приводы. Ручные дистанцион¬ные приводы применяют наиболее часто, так как они позволяют управ¬лять арматурой любого диаметра, работаю-щей при любых параметрах, установленной в местах, недоступных для непосредственного управления.
Дистанционное управление арматурой осуществляется с помощью ручного колонкового привода, состоящего (в зависимости от принятой схемы) из колонки, шарнирных узлов, коробок перемены направления, компенсатора (в случае необходимости) и соединительных штанг. На рис. 21 приведена схема дистанционного ручного привода.
1 — штанга
2 — коробка перемены направления
3 — колонка
Колонка дистанционного ручного управления арматурой состоит из корпуса, шпинделя и маховика, который жестко соединен со шпинделем. Верхний (или нижний — в зависимости от взаимного расположения колонки и управляемой арматуры) конец шпинделя колонки снабжен хвостовиком, на котором устанавливается шарнирная муфта.
Шарнирные узлы служат для сочленения соединительных штанг в местах излома (при ломаной или слишком длинной линии соединения колонки дистанционного привода с управляемой арматурой). Шарнир¬ный узел состоит из корпуса и валика с надетыми на его концы шарнирными муфтами. Угол между шарнирным узлом и соединительной штан¬гой не должен превышать 30 С.
Коробки перемены направления применяют для изменения направ¬ления соединительных штанг при угле более 30 С, т.е. когда не могут быть использованы более простые по конструкции шарнирные узлы. Коробка перемены направления состоит из корпуса с крышкой, внутри которого помещается пара конических зубчатых шестеренок с передаточ¬ным числом 1:1. На концах валиков шестерен закреплены шарнирные муфты. Коробка перемены направления дает возможность изменять направление соединительных штанг вплоть до угла 90 С.
Соединительные штанги служат для соединения привода арматуры с колонкой дис-танционного привода.
Длина соединительной штанги не должна превышать 5 м. Для штанг обычно приме-няют водогазопроводные трубы небольших диаметров. Они должны обеспечивать передачу крутящего момента, необходимого для плотного закрытия (открытия) арматуры. Соедини-тельные штан¬ги должны быть проверены на угол закручивания, который не должен превы-шать 3 С.
Компенсирующие устройства. В тех случаях, когда соединительные штанги имеют тепловое удлинение или когда соеди¬няемые ими точки привода испытывают небольшие взаимные относи¬тельные перемещения, применяют компенсаторы или шарнирные муфты с компенсатором, в которых квадратный хвостовик муфты входит в квадратное отверстие втулки с некоторым зазором, обеспечивающим штанге возможность надвигаться или сползать с муфты.
Встроенные и колонковые электроприводы.
Электрические приводы встроенные, т.е. установленные на самой арматуре, или колонковые, устанавливаемые от-дельно от арматуры, используются при автоматическом управлении технологическими про-цессами независимо от места расположения арматуры, а также тогда, когда нет возможности непосредственно воздействовать на шпиндель запорной или регулирующей арматуры в месте ее установки.
Конструктивно электропривод состоит из одноступенчатого червяч¬ного редуктора и электродвигателя. Он снабжен маховиком для управ¬ления арматурой вручную, а также ко-робкой концевых и путевых выключателей. При полном открытии арматуры электродвигатель отключается концевым выключателем. При полном закрытии отключе¬ния электродви-гателя производятся: у электроприводов, управляющих регулирующей арматурой, — конце-вым выключателем; у электропри¬водов, управляющих запорной арматурой, — с помощью токового реле, настраиваемого на срабатывание при определенной силе тока, соответ-ствующей заданному крутящему моменту на шпинделе арматуры.
В конструкции электроприводов предусмотрена блокировка ручного управления: при переходе на ручное управление цепь электродвига¬теля разрывается.
Электроприводы, предназначенные для управления регулирующей арматурой, снабжены специальным потенциометрическим датчиком, сигнализирующим на пульт управления о степени открытия арматуры.
Электрической схемой предусматривается сигнализация при крайних (для запорной и регулирующей арматуры) и промежуточных (для регулирующей арматуры) положениях затвора иглы или шибера. Пре¬дусматривается также сигнализация включения ручного управ-ления.
Встроенные электроприводы применяют для арматуры, в которой температура протекающей среды не превосходит допустимую температуру для электродвигателя встроенного типа. Встроенные электроприводы поставляют комплектно с арматурой, которая выбирается по параметрам среды и условному проходу.
Колонковые электроприводы устанавливают в случае, когда не может быть установ-лена арматура с встроенным электроприводом или когда для арматуры с ручным приводом требуется дистанционное или автоматическое управление (в основном для запорной арматуры, имеющей приводную головку). Колонковый электропривод в зависимости от принятой схемы состоит из колонки с размещенным на ней электродвигателем с редуктором, шарнир-ных узлов, коробок перемены направления, соединительных штанг и, при необходимости, компенсаторов.
Электромагнитные приводы. Электромагнитный привод применяют для за-порных мембранных вентилей с диаметром условного прохода от 10 до 65 мм, включенных в систему дистанционного электрического управления, установленных на трубопроводах пара, воды, воздуха и нейтральных газов низких параметров.
В электромагнитных приводах при подаче тока в катушку электромагнита его якорь, являющийся дополнительным разгрузочным золотником, притягивается, давление над мем-браной вентиля падает: в тоже время давление рабочей среды поднимает основной золотник, открывая проход вентиля. При выключении тока вентиль закрывается.
Пневмо- и гидроприводы. Пневмоприводы в трубопроводной арматуре применяют главным образом для управления регулирующими клапанами, но они могут быть ис-пользованы и для управления запорной арматурой. При малых ходах обычно выбирают мембранные приводы, при больших — поршневые.
Гидроприводы обычно бывают поршневого типа. В качестве источника энергии используется рабочая среда, транспортируемая по трубо¬проводу, масло или вода под давлением при наличии автономной системы гидропривода. Наиболее часто гидроприводы используются для управления кранами магистральных трубопроводов при большом диаметре прохода и высоких давлениях рабочей среды в связи с тем, что в этих условиях при повороте крана необходимо создавать большие крутящие моменты. Поршневые гидроприводы используются также для управления задвижками.