Запорно-регулирующая арматура.

Арматура – это устройства для управления транспортируемой по трубопроводам систем рабочей средой.

Корпуса арматуры изготовляют литыми, сварными или штампо-сварными. Материал арматуры должен соответствовать материалу труб, чтобы не вызывать контактную коррозию в местах соединения арматуры с трубами, в ином случае должна применяться соответствующая защита от контактной коррозии. Основными материалами служат сталь, бронза, латунь.

Типы арматуры.

1. Клапаны.

Это вид арматуры, в которой проход трубопровода перекрывается специальной деталью – тарелкой, перемещающейся возвратно-поступательно по нормали к плоскости седла (места перекрытия канала трубопровода). Клапаны применяются при диаметрах до 500 мм и давлениях до 6, 5 МПа.

Достоинство клапанов - надёжность закрытия.

Недостаток - большое гидравлическое сопротивление.

В зависимости от формы корпуса клапаны могут быть проходными и угловыми.

По способу соединения с трубопроводами существуют клапаны фланцевые, штуцерные и муфтовые.

По выполняемым функциям выделяют следующие типы клапанов:

- запорный клапан (рисунок 1.3.2.1). У таких клапанов шпиндель 6 и тарелка 2 жёстко связаны. В крайнем нижнем положении шпинделя тарелка прижимается к седлу и перекрывает проход трубопровода, в крайнем верхнем положении шпинделя тарелка поднимается над седлом и обеспечивает пропускание среды в обоих направлениях.

Рис. 1.3.2.1. Схема проходного запорного клапана:

1- корпус, 2 – тарелка, 3 –крышка,

4 – винтовой механизм, 5 – маховик, 6 – шпиндель.

Для предотвращения протекания среды вдоль шпинделя применяются три типа уплотнения: сальниковое, бессальниковое с резиновыми или фторопластовыми кольцами, и сильфонное. Сальниковое уплотнение (асбестовый шнур в графитово- масляной пропитке) периодически теряет герметичность, после чего требуется подтяжка, такие уплотнения применюется в системах, в которых допустимы небольшие протечки и незначительное загрязнения среды. Сильфонное уплотнение обладает наибольшее высокой герметичностью, но имеет большие сложность и габариты, такие уплотнения применяются при повышенных требованиях к герметичности.

Если заранее известно направление потока, то клапан рекомендуется устанавливать так, чтобы поток шёл " под тарелку", так как при обратном направлении и не полностью поднятой тарелке могут возникать её колебания, что нарушает нормальную работу клапана.

Запорный клапан может иметь любое положение в пространстве.

Угловые клапаны применяются при необходимости совмещения запорной операции и изменения направления трубопровода на 90⁰. Кроме формы корпуса, устройство углового клапана в общем аналогично проходному.

- невозвратный клапан (рисунок 1.3.2.2). Такие клапаны не имеют шпинделя и маховика, тарелка 2 прижимается к седлу собственным весом и давлением среды (в некоторых клапанах небольшого размера - ещё и пружиной 4). Тарелка поднимается и пропускает среду только в том случае, если давление в нижней полости клапана больше, чем в верхней. В противном случае клапан будет закрыт. Таким образом, невозвратные клапаны служат для автоматического пропускания среды только в одном направлении.

Рис. 1.3.2.2. Схема невозвратного клапана:

1- корпус, 2 – тарелка, 3 – крышка с направляющей втулкой, 4 – пружина.

Большую роль в работе невозвратного клапана играет сила тяжести, прижимающая тарелку к седлу, поэтому располагать невозвратные клапаны в пространстве произвольно нельзя - седло должно располагаться горизонтально. Произвольное расположение допускается только для подпружиненных клапанов.

- невозвратно-запорный клапан (рисунок 1.3.2.3). В отличие от запорного клапана, шпиндель и тарелка не связаны друг с другом. Опущенный шпиндель прижимает тарелку к седлу и закрывает клапан. При поднятом шпинделе клапан работает как невозвратный, пропуская среду только в одном направлении, из нижней полости в верхнюю.

Рис. 1.3.2.3. Схема невозвратно-запорного клапана:

1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – шпиндель, 4 – маховик.

Требования к расположению невозвратно-запорных клапанов в пространстве аналогичны требованиям для невозвратных клапанов.

- невозвратно-управляемый клапан (рисунок 1.3.2.4). Сочетает в себе функции невозвратного и запорного клапанов. Шпиндель 4 и тарелка 2 соединены между собой с определённым зазором с помощью втулки 3 и шайбы 6. В нижнем положении шпинделя тарелка прижата к седлу и клапан закрыт, в верхнем положении шпинделя тарелка поднята и среда может проходить в обоих направлениях, а в промежуточном положении клапан работает как невозвратный.

Рис. 1.3.2.4. Схема невозвратно-управляемого клапана:

1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – втулка,

4 – шпиндель, 5 – маховик, 6 – шайба.

- предохранительный клапан (рисунок 1.3.2.5). Предназначен для предотвращения разрушения элементов системы при чрезмерном повышении давления среды.

Рис. 1.3.2.5. Схема предохранительного клапана:

1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – направляющая втулка, 4 – пружина, 5 – механизм регулировки пружины.

Тарелка 2 прижимается к седлу пружиной 4, сжатие которой регулируется специальным устройством 5. При превышении давления среды над рабочим тарелка отжимается от седла и клапан открывается. После выхода части среды из трубопровода и понижения давления в нём тарелка под действием пружины вновь прижимается к седлу, закрывая клапан.

- дроссельный клапан (рисунок 1.3.2.6). Служит для понижения статического давления рабочей среды в трубопроводе. Работает по принципу введения в поток среды дроссельного затвора обтекаемой формы, создающего значительное гидравлическое сопротивление.

Рис. 1.3.2.6. Схема дроссельного клапана:

1 – корпус, 2 – дроссельный затвор, 3 – шпиндель, 4 – винтовой механизм.

- редукционный клапан (рисунок 1.3.2.7). Служит для понижения давления в трубопроводе и для автоматического поддержания пониженного давления на заданном уровне.

Рис. 1.3.2.7. Схема редукционного клапана:

1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – поршень со штоком, 4 – рабочая пружина, 5 – поджимное устройство, 6 – вспомогательная пружина.

Понижение давления среды происходит при её прохождении через кольцевую щель, образованную тарелкой 2 и седлом. Размер этой щели можно регулировать. Автоматическое поддержание заданного давления обеспечивает подвижная система из тарелки 2, поршня со штоком 3, рабочей 4 и вспомогательной 6 пружин. С одной стороны на эту систему действует создаваемая рабочей пружиной сила Р₀, с другой стороны – сила редуцированного давления среды Р_ред и сила, создаваемая вспомогательной пружиной Р₁. При выполнении условия Р₀ = Р_ред + Р₁ система находится в равновесии. При колебаниях редуцированного давления подвижная система приходит в движение, величина зазора между тарелкой и седлом изменяется, причём таким образом, что восстанавливается заданное значение редуцированного давления. Колебание давления на входе в клапан не сказывается на положении подвижной системы (оно действует на тарелку и поршень в противоположных направлениях). Настройка клапана на заданное давление осуществляется регулировкой сжатия рабочей пружины.

2. Краны – вид арматуры, в которой канал трубопровода перекрывается цилиндрической, конической или шаровой пробкой с одной или с несколькими прорезями различной формы. Перекрытие канала обеспечивается притёртостью пробки, поэтому краны используются при относительно небольших диаметрах (до 80 мм) и давлениях (до 0, 1 МПа).

Выделяют следующие виды кранов:

- проходные, имеющие одну прорезь в виде прямого канала и сообщающие между собой два трубопровода (рис. 1.3.2.8);

Рис. 1.3.2.8. Кран проходной пробковый фланцевый:

1-корпус; 2-пробка; 3-втулка нажимная;

4-набивка сальниковая; 5-рукоятка; 6-шпилька.

- трёхходовые, имеющие в пробке одну прорезь L- или Т-образной формы и сообщающие между собой три трубопровода (рис. 1.3.2.9);

Рис. 1.3.2.9. Трехходовые пробковые краны:

а) – с L- образной пробкой; б)- с Т-образной пробкой.

Кран с L - образной пробкой имеет три возможных положения, а с Т-образной - четыре.

- краны-манипуляторы, имеющие в пробке несколько прорезей различной формы и сообщающие между собой три, четыре и более трубопроводов (применяются, например, в системах гидравлики).

Достоинства кранов: сравнительно малое гидравлическое сопротивление, малая масса и габариты.

Недостатки: необходимость тщательной притирки пробки и уплотнения для обеспечения герметичности, опасность гидравлического удара при быстром закрытии крана (поэтому не рекомендуется использование кранов в системах со скоростью движения среды более 1 м/с).

Проходные краны в современных судовых системах не применяются, кроме кранов с шаровой пробкой. Такие краны обладает хорошей герметичностью (пробка сферической формы и плотно пригнанный к ней корпус исключает необходимость в сальниковом уплотнении), долговечностью и отсутствием гидравлического сопротивления (так как форма канала в пробке точно соответствует форме присоединяемого трубопровода). Такие клапаны находят применение в неответственных судовых системах (бытового водоснабжения и отопления).

По способу соединения с трубопроводами существуют краны фланцевые, штуцерные и муфтовые.

3. Задвижки – вид арматуры, в которой проход трубопровода перекрывается плоским или клиновидным затвором, перемещающимся по нормали к оси трубопровода.

Задвижки с затвором в виде клина или двух шарнирно соединённых дисков называют клинкетами (рисунок 1.3.2.10).

Рис. 1.3.2.10. Схема клинкетной задвижки:

1 – корпус, 2 – клин, 3 – гайка, 4 – шпиндель, 5 – ниша корпуса, 6 – маховик с рукояткой.

Задвижки с плоскими затворами используют для газообразных сред, задвижки с клиновидным затвором – для жидких сред (клиновидная форма способствует уплотнению паза, в который входит затвор).

Достоинства задвижек: наименьшее гидравлическое сопротивление из всех видов арматуры; меньшее усилие закрытия.

Недостатки: плотность запирания трубопроводов меньше, чем у клапанов; время закрытия в несколько раз больше, чем у клапанов.

Вследствие малого гидравлического сопротивления клинкетные задвижки устанавливаются там, где крайне важно уменьшить гидравлическое сопротивление (на всасывающей линии насоса), а также в системах с постоянным движением среды.

Для судовых систем используются клинкеты по ОСТ 5Р.5234-75. применяются только фланцевые клинкеты, штуцерных и муфтовых для судовых систем не существует. Диапазон условных проходов D_У65 - D_У350, но возможны и большие значения.

4. Поворотные затворы – вид арматуры, в которой в качестве запорного органа служит круглый диск, поворачивающийся вокруг оси, проходящей через линию симметрии трубопровода. Применяются при диаметрах трубопроводов 300 – 1000 мм и при давлениях до 1, 0 МПа. В закрытом положении диск перекрывает проход трубопровода, в открытом положении он повёрнут на 90⁰ и обтекается средой с обеих сторон. Преимущества поворотных затворов – простота конструкции, малое гидравлическое сопротивление, малая масса и габариты.

Приводы управления арматурой.

Приводы подразделяют на местные и дистанционные.

Местные приводы - это приспособления, позволяющие воздействовать на рабочие органы арматуры непосредственно в местах её установки.

К местным ручным приводам относят маховики, рукоятки, ключи, которые обычно входят в состав арматуры в качестве отдельных узлов.

Дистанционные приводы - служат для передачи управляющего воздействия с удалённого от места установки арматуры поста управления.

К дистанционным механическим приводам относятся:

- валиковый привод - применяется для передачи крутящего момента к рабочим органам арматуры, установленной в труднодоступных местах. Схема валикового привода представлена на рисунке 1.3.2.11. Для передачи крутящего момента от ключа 2 к управляемой арматуре 13 используются система валиков, представляющих собой отрезки труб диаметром 32 – 70 мм. Валики соединяются между собой с помощью соединительных 6 и ходовых 8 муфт. Изменение направления линии валиков осуществляется с помощью шарнирных муфт 5 или конических зубчатых передач 4. К элементам набора валики крепятся кронштейнами 7. Непроницаемость прохода валиков через водонепроницаемые переборки 9 и палубы обеспечивается использованием палубно-переборочных сальников 10.

Рис. 1.3.2.11. Схема валикового привода

- тросовый привод - применяется ограниченно, в основном в качестве резервного привода быстродействующей арматуры. Схема тросового привода представлена на рисунке 1.3.2.12.

Рис. 1.3.2.12. Схема тросового привода:

1 - управляемый клапан; 2- трубопровод; 3 - опорный ролик; 4 - трос; 5 - электропривод; 6, 7 - защитный кожух; 8 - соединительная скоба; 9 - упорная труба; 10 - рукоятка.

Для передачи тягового усилия от рукоятки 10 на посту управления к управляемой арматуре 1 применяется стальной трос 4 (диаметром 4 - 8 мм). Для изменения направления линии троса служат опорные ролики 3. Для защиты троса от повреждений служат защитные кожухи 6 и 7.