книги / Трубопроводная арматура

-приоткрытое клиновых задвижек вручную;

-открытое линейных задвижек с пульта РДП или местным управлением при отсутствии линейной телемеханики;

-открытие рабочими группами вантузов для выпуска газовоздушной смеси;

-выполнение оперативным персоналом технологических переключений по подготовке к запуску НС и КС.

До заполнения трубопровода необходимо установить на арматуре привод, проверить его работоспособность на различных режимах и оставить арматуру в открытом положении, затем выполнить заземление и подключение линейной арматуры к системе постоянного электропитания.

Вытеснение воздушно-газовой пробки осуществляют путем заполнения опорожненного участка. Выпуск воздуха осуществляют через вантузы, установленные по возможности в верхних точках опорожненного участка.

После выхода на установленный технологический режим перекачки контроль состояния замененного узла арматуры продолжается не менее шести часов, после чего, если не будут выявлены дефекты, производят окончательную очистку арматуры и прилегающих к ней вновь смонтированных и вскрытых участков концов трубопровода от грязи, ржавчины и старой изоляции. Очистка выполняется вручную или очистным устройством. На очищенную поверхность трубопровода наносится изоляционное покрытие [80].

Вскрытие и засыпку участков трубопровода, примыкающего к арматуре, следует начинать от жесткого основания узла линейной арматуры. При этом необходимо обратить особое внимание на качество подсыпки и подбивки грунта под трубопровод для уменьшения напряжений на корпус арматуры и стыки. С этой целью целесообразно подсыпку под трубопровод выполнить из песчано­ гравийной смеси, а выше — из мягкого или гидофобизированного грунта с последующей подбивкой под трубу.

Присыпка трубопровода и арматуры мягким грунтом осуществляется не менее чем на 20 см выше верхней отметки трубопровода, далее производится окончательная засыпка минеральным грунтом и рекультивация плодородного слоя.

171

5

ГЛАВА СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ВЕНТИЛЕЙ

5.1 Определение усилий на шпинделе, необходимых для управления вентилем

Величина и направление усилий на шпинделе, необходимых для управления вентилем, определяются силами сопротивлений, действующими в вентиле при перемещении тарелки. Силы сопротивлений создаются в результате гидравлического давления на тарелку и шпиндель, трения в сальнике и резьбе, трения между головкой шпинделя и тарелкой и т. д. Помимо этого, для надежного перекрытия вентиля необходимо на уплотняющих кольцах обеспечить достаточное силовое взаимодействие, определяемое величиной удельных давлений на уплотняющих поверхностях колец [23,24,28,29,82].

Величина и направление действия сил сопротивлений зависит от того, производится закрытие или открытие вентиля и подается ли среда под клапан или на клапан. Схема вентиля и конструкция узла шпинделя показаны на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема вентиля и конструкция узла шпинделя с тарелкой клпана

172

Закрытие вентиля при движении среды под клапан

В начале хода закрытия, когда тарелка клапана находится в крайнем верхнем положении, силами сопротивления являются: сила трения в сальнике Т и сила действия давления среды на поперечное сечение шпинделя Ошп, стремящаяся вытолкнуть шпиндель из вентиля.

По мере закрытия вентиля тарелка клапана, приближаясь к седлу, перекрывает проход, вследствие чего давление за клапаном уменьшается и, таким образом, увеличивается перепад давлений на клапане.

Наибольшей величины этот перепад достигнет в закрытом вентиле, когда за тарелкой давление снизится до нуля, тогда перепад давлений на клапане будет равен рабочему давлению Рраб. В это время давление среды, действующее на тарелку клапана, создает силу, равную:

где DK— средний диаметр уплотняющей поверхности колец, м.

Эта величина вводится в формулу в связи с тем, что действие среды считают распространяющимся не на всю поверхность уплотняющих колец, а на часть ее, ограниченную средним диаметром, в связи с уплотнением соединения.

По мере закрытия вентиля в связи с уменьшением давления за клапаном сила, выталкивающая шпиндель Ошп, уменьшается, и при наличии перепада давлений на клапане, равном Рраб, величина QmiI становится равной нулю.

Сила трения в сальнике Т принимается постоянной по величине независимо от давления, действующего в данный момент в вентиле, и всегда направлена в сторону, противоположную перемещению шпинделя относительно набивки. Поэтому, в зависимости от характера движения шпинделя (вращательное, винтовое или поступательное движение) составляющие силы трения будут иметь различную величину.

Для того чтобы вентиль в закрытом виде не пропускал среду, необходимо, как было указано ранее, создать силовое взаимодействие уплотняющих колец, при котором удельные давления на кольцах имели бы величину не меньше qy, для чего следует приложить усилие, равное:

173

где b — ширина уплотняющих колец, м; qy — удельное давление на уплотняющих поверхностях колец, МПа.

С перемещением тарелки клапана по мере закрывания общ ее усилие на шпинделе увеличивается, достигая наибольшей величины при полном перекрытии вентиля. Характер изменения этого усилия

показан на рис. 5.2. Относительное перемещение тарелки h /D c

определяется отношением подъема тарелки над седлом h к отверстию в седле Dc.

График дан для условий, когда через вентиль проходит среда, и давление за тарелкой падает по мере закрывания вентиля, что создает наибольшие усилия, необходимые для управления вентилем, но не всегда имеет место в условиях эксплуатации.

Вентили наиболее часто имеют шпиндель, ввинчиваемый в гайку, расположенную на крышке, а тарелка соединяется со шпинделем шарнирно, как показано на рисунке 5.1. Для такой конструкции наибольшее усилие, которое надо создать вдоль шпинделя, чтобы

где a — угол подъема винтовой линии резьбы шпинделя.

При расчете по приведенной формуле предусматривается создание на уплотняющих кольцах удельных давлений, равных qy и необходи­ мых для образования уплотняющими кольцами плотного замка в затво­ ре. Такие удельные давления в действительности будут созданы, если выдержаны предусмотренные при расчете условия, а именно: закры­ тие вентиля происходит при движении среды под давлением, и в от­ ключённой части трубопровода давление понижается до нуля. При ра­ боте вентиля в других условиях и при изменении давления под клапа­ ном удельные давления не будут сохранять величину qy, предусмотрен­ ную расчетом, а будут иметь какое-то другое значение qK, величина ко­ торого зависит от упругости деталей вентиля [23,24,28,29].

Чтобы выявить влияние этого фактора на работу вентиля, рас­ смотрим вентиль, закрытый с усилием Q0 при отсутствии среды в тру­ бопроводе. Под действием этого усилия во всех деталях вентиля, соз­ дающих силовое замыкание цепи, в которой расположены тарелка и корпус, возникнут упругие деформации. При подаче давления под кла-

174

пан величина деформации деталей изменится, тарелка несколько пе­ реместится, произойдет перераспределение усилий в деталях, и удель­ ное давление на уплотняющих кольцах снизится.

Рис. 5.2. Схематический график изменения усилия вдоль шпинделя при закрытии вентиля

Положение уплотняющих колец в момент их соприкосновения, приведенное на рис. 5.3, I, изменится после приложения усилия, как показано на рис. 5.3, И. Таким образом, плоскость АА переместится на

Ск — жесткость цепи деталей, поддерживающих уплотняющее кольцо корпуса, и определяется жесткостью элементов деталей, деформация которых при увеличении давления среды уменьшается.

Величина С1И — это жесткость цепи деталей, поддерживающих кольцо тарелки клапана, и определяется жесткостью элементов деталей, деформация которых увеличивается при повышении давления среды. Главное значение в этой величине имеет жесткость шпинделя.

После того, как будет создано давление под тарелкой, Л„ уменьшится

К

I?

до величины Лк , а цепь шпинделя увеличит деформацию до величины

11

Лш , как показано на рис. 5.3, III.

175

Рис. 5.3. Схема перемещения плоскости соприкосновения уплотняющих колец в вентиле:

I — положение в момент соприкосновения;

II— положение после воздействия усилия, передаваемого шпинделем; III — положение после подачи среды под давлением

Обозначим усилие взаимодействия колец в данный момент

(переменную величину) QK, тогда на верхний узел будет действовать

усилие QK+ Qcp, а на нижний QK.

Определим величину Ок в зависимости от Q0, Qcp, Ск и Сш:

причем

шк

Таким образом, выражается влияние подачи давления среды в вентиль на величину силового взаимодействия колец (а следовательно,

176

и на величину фактически действующих удельных давлений) в зависимости от жесткости элементов вентиля.

Анализ этого выражения приводит к следующим выводам:

1)для вентиля со шпинделем малой жесткости (упругим) при жестких кольцах:

к *1 Сш +С к

и выражение (5.7) приобретает вид:

из которого видно, что в таком вентиле давление среды оказывает большое влияние на величину удельных давлений и, чтобы (вследствие действия давления среды) не произошло недопустимой разгрузки колец, необходимо всегда закрывать вентиль с усилием не менее:

2) для вентиля с жестким шпинделем и упругими кольцами

С.к *0 Сш +С к

и выражение (1) приобретает вид:

QK*Q0 . (5 .Ю)

из которого видно, что в таком вентиле давление среды почти не оказывает влияния на величину удельных давлений. Это создает благоприятные условия для управления вентилем; так, при закрытии вентиля в отсутствии потока среды достаточно приложить усилие, необходимое для обеспечения плотности:

177

и возникновение перепада давлений на закрытом клапане не нарушит плотности замка.

Отсюда становится понятным стремление конструкторов создавать упругие эластичные кольца с применением резины, асбеста и тому подобных материалов.

Открытие вентиля при движении среды под клапан

Для обычного вентиля, показанного на рисунке 5.1, усилие

где Tsina - вертикальная составляющая силы трения в сальнике, Н. Если при работе рассчитываемого вентиля может иметь место

падение давления под клапаном и сохранение давления над клапаном, то при открытии будет преодолеваться сила действия гидравлического давления на тарелку и необходимое усилие получит величину:

о

Здесь Ошп = 0.785d£Ppag - усилие, выталкивающее шпиндель; оно

вызывается действием гидравлического давления на площадь поперечного сечения шпинделя диаметром dc.

Закрытие и открытие вентиля при движении среды на клапан

Усилие, необходимое для закрытия вентиля в условиях движения среды на клапан:

усилие, необходимое для открытия вентиля, имеет величину:

Приведенные выше величины усилий, необходимых для управления вентилем, соответствуют наиболее распространенной конструкции. Во многих случаях конструкции вентилей и условия

178

усилие на маховике имело бы величину 4/5 усилия, приведенного на диаграмме; поэтому при выборе маховика рекомендуется крутящий момент, полученный расчетом, увеличить в 1,25 раза.

Усилия на маховике, приведенные на диаграмме рисунка 5.4, допустимы лишь как кратковременные, длительное управление арматурой при таких усилиях недопустимо. Поэтому данные диаграммы применимы лишь для сальниковой арматуры, где наибольшее усилие создается в конечный момент закрытия или начальный момент открытия. Для сильфонной арматуры, где значительные усилия вдоль шпинделя действуют на протяжении всего хода шпинделя, следует принимать при расчете усилия, уменьшенные в два раза по сравнению с данными диаграммы на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Диаграмма наибольших усилий, которые может приложить человек со средними физическими данными к маховикам разных диаметров:

1 —один человек обеими руками; 2 —два человека обеими руками; 3 — один человек одной рукой.

Формулы для определения крутящих моментов при открытии и закрытии вентилей различных конструкций приведены в таблице 5.1.

Для быстрого ориентировочного определения величины крутящего момента на маховике и вентилях размеров от Dy= 15 мм до Dy=100 мм при рабочих давлениях 1,6; 2,5; 4,0; 6,4 МПа на рис. 5.5 приведены графики, построенные по расчетным данным.

180