Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

251

возникающих при перемещении

затвора, обычно изготавливают

из материалов, отличающихся

от материала корпуса

, путем за-

прессовки, что позволяет их ме-

нять в процессе эксплуатации.

В верхней части затвора

2 за-

креплена ходовая гайка

, в кото-

рую ввинчен шпиндель

6, жест-

ко соединенный с маховиком

Система винт

-гайка служит для

преобразования вращательного

движения маховика

(при откры-

вании или закрывании задвиж

ки) в поступательное перемеще-

ние затвора.

На рис. 2.

152 показаны различные конструкции опоры втулки ма-

ховика. Опоры качения применяют для задвижек больших диаметров

и при механизированном приводе

, который создает возможность дис-

танционного управления задвижками.

При перекрытии прохода от одностороннего давления среды воз

никают довольно значительные усилия

, действующие на затвор, кото-

рые передаются на уплотнительные поверхности седла. Величина этих

усилий зависит от перепада давлений рабочей среды в трубопроводе до

и после задвижки и от величины удельных давлений на уплотнитель

ных поверхностях затвора и седел, которую надо обеспечить для герме

тичного перекрытия потока рабочей среды при заданном рабочем дав

лении в трубопроводе

. Система винт-гайка – наиболее рациональная,

так как она позволяет получить компактный и простой по конструкции

привод с поступательным движением выходного элемента

. Она также

позволяет получить поступательное движение привода с большим уси

лием в направлении хода. Кроме того, поскольку такая конструкция

является самотормозящей, она практически исключает возможность

самопроизвольного перемещения затвора при отключении привода, что

весьма важно для запорной арматуры при эксплуатации.

Недостатком этой системы в данном конкретном случае следует

считать то

, что пара винт-гайка находится в среде, протекающей через

рабочую полость задвижки.

Среда смывает смазку, отсюда повышенный износ пары. Кроме того

такую конструкцию можно применять не на всех средах.

Рис. 2.152. Конструкции опоры втулки маховика:

а — скольжения; б — качения;

1 — маховик; 2 —

крышка задвижки;

3 — ходовая гайка; 4 — подшип-

ник качения; 5 — шпонка

252

Обычно затвор помещают целиком в рабочей среде, даже тогда, когда

проход полностью открыт (см. рис. 2. 151)

. Уплотнение в месте выхода

шпинделя из рабочей полости задвижки обеспечивается по диаметру

шпинделя сальниковым устройством

9, препятствующим утечке рабо-

чей среды в атмосферу

. Конструкция сальникового устройства анало-

гична конструкциям в вентилях и регулирующих клапанах

. Набивка

сальника, как правило изготовленная из пропитанного в целях сниже-

ния коэффициента трения графитом асбестового шнура

, поджимается

при помощи нажимной втулки 10. Корпус сальника крепится к верхней

крышке 7. Место разъема уплотняется кольцевой прокладкой 8.

Классификация задвижек

Задвижки классифицируют по различным признакам, связанным

с конкретными условиями эксплуатации

, по химическому составу ра-

бочей среды и ее параметрам. Разделяют задвижки по материалу, из

которого изготовлены корпус

(из нержавеющей, углеродистой стали

и чугуна

) или затвор, а также по величине рабочих давлений, темпера-

турам рабочих сред, типу привода и т. д.

Классификации такого рода являются неполными

, так как они не

учитывают особенностей конструкций

, позволяющих, помимо работы

определенных средах

, отвечать ряду требований, предъявляемых к за-

движкам в эксплуатации

, и помещают в один класс множество совер-

шенно непохожих по своим данным типов задвижек.

По конструкции затвора конструкции задвижек могут быть объеди

нены по основным типам:

— клиновые: с цельным, упругим или составным клином;

— параллельные: однодисковые и двухдисковые

По площади прохода и площади сечения входных патрубков

. В ряде

конструкций задвижек

, предназначенных для работы при высоких пе-

репадах давления на затворе, для уменьшения усилий, необходимых

для открывания и закрывания прохода

, площадь прохода выполняют

несколько меньше площади сечения входных патрубков. По этому при

знаку задвижки могут быть классифицированы на:

— полнопроходные (диаметр прохода задвижки равен диаметру тру

бопровода);

— с суженным проходом.

В зависимости от конструкции системы винт

-гайка и ее расположе-

ния (в среде или вне среды) задвижки могут быть:

— с выдвижным;

— с невыдвижным шпинделем

253

Клиновые задвижки

К клиновым относятся задвижки, затвор которых имеет вид пло

ского клина.

В задвижках этого типа седла и их уплотнительные поверхности

параллельны уплотнительным поверхностям затвора и расположены

под некоторым углом к направлению перемещения затвора. Затвор

в задвижках этого типа обычно называют «клином». Преимущества та

ких задвижек: повышенная герметичность прохода в закрытом положе

нии, а также относительно небольшая величина усилия, необходимого

для обеспечения уплотнения. Так как угол между направлением усилия

привода и усилиями, действующими на уплотнительные поверхности

затвора, близок к

90°, то даже небольшая сила, передаваемая шпинде-

лем, может вызвать значительные усилия в уплотнении

К недостаткам задвижек этого типа можно отнести необходимость

применения направляющих для перемещения затвора, повышенный

износ уплотнительных поверхностей затвора, а также технологические

трудности получения герметичности в затворе.

Задвижки с цельным клином. Примером задвижки этого типа может

служить задвижка с выдвижным шпинделем (рис. 2.153). Она состоит

из литого корпуса

1, в который ввинчены уплотнительные седла 2. Как

правило, их изготавливают из легированных, износостойких сортов ста

ли. Вместе с корпусом отлиты, а затем механически обработаны направ

ляющие 3 для фиксации направления перемещения затвора (клина).

Клин 4 имеет две кольцевые уплотнительные поверхности и шар-

нирно через сферическую опору подвешен к шпинделю

5. Верхняя

крышка 6 соединяется с корпусом посредством болтов или шпилек 7.

Для центровки крышки по отношению к корпусу в последней имеется

кольцевой выступ, который входит в проточку корпуса. Уплотнение

между крышкой и корпусом обеспечивается прокладкой

8, которая

закладывается в проточку корпуса. Для предотвращения перекосов

шпинделя в верхнюю часть крышки запрессовывается направляющая

втулка 9.

Сальниковое устройство состоит из набивки, помещенной в про

точке корпуса, кольцевой нажимной втулки и фланца 11. Сальниковое

устройство уплотняется нажимным фланцем

11.

На крышке укреплен бугель 12, на котором расположена ходовая

гайка 13, обычно изготавливаемая из антифрикционных сплавов. Ма-

ховик жестко соединен с ходовой гайкой.

При вращении маховика гайка заставляет шпиндель и связанный

с ним клин подниматься или опускаться. В конструкции соединения за

254

твора (клина) со шпинделем клин может перемещаться в направлении,

перпендикулярном оси шпинделя. При этом в конечном положении

клин свободно входит в пространство между седлами даже при несовпа

дении оси шпинделя с осью симметрии затвора. Применение подобного

соединения несколько удешевляет изготовление задвижек и облегчает

их монтаж после ремонта в условиях эксплуатации

Задвижку с цельным клином широко применяют, так как ее кон

струкция проста и

, следовательно, имеет небольшую стоимость в из-

готовлении. Цельный клин, представляющий собой весьма жесткую

конструкцию, достаточно надежен в рабочих условиях и может быть

применен для перекрытия потоков при довольно больших перепадах

давления на затворе.

Однако нельзя не отметить ряд существенных недостатков этой кон

струкции, к которым относятся

повышенный износ уплотнительных по-

Рис. 2.153. Полнопроходная задвижка с цельным клином:

1 — корпус; 2 — седло; 3 — направляющая движения клина; 4 — клин; 5 — шпиндель; 6 — верхняя

крышка;

7 — шпилька; 8 — уплотнительная прокладка; 9 — направляющая втулка; 10 — сальник;

11 — нажимной фланец; 12 — бугель; 13 — гайка; 14 — маховик

255

верхностей, потребность в индивидуальной пригонке седел и клина при

сборке для обеспечения герметичности (это полностью исключает вза

имозаменяемость клина и седел и усложняет ремонт), возможность за

едания клина в закрытом положении в результате износа, коррозии или

под действием температуры (при этом открыть задвижку иногда бывает

невозможно); потребность в приводах с большим пусковым моментом

Чтобы избежать заедания, уплотнительные поверхности клина

и седел изготавливают из разнородных материалов.

Задвижки с цельным клином выпускают как с выдвижным, так

и с невыдвижным шпинделем.

Конструкция затвора задвижек с упругим клином обеспечивает

лучшее уплотнение прохода в закрытом положении без индивидуаль

ной технологической подгонки, так как затвор выполнен в виде раз

резанного (или полуразрезанного) клина, обе части которого связаны

между собой упругим (пружинящим) элементом. Под действием уси

лия прижатия, которое передается через шпиндель, в закрытом поло

жении последний может изгибаться в пределах упругих деформаций,

обеспечивая плотное приле

гание обоих уплотнительных

поверхностей клина к седлам

Такая конструкция затвора

весьма перспективна, так как

имея преимущества затвора

с цельным клином, задвижка

с упругим клином исключает

ряд ее недостатков. В задвиж

ке с упругим клином взаимоза

меняемы затворы и повышена

надежность при высоких тем

пературах

(вследствие умень-

шения опасности неравномер

ного теплового расширения

приводящего к заклиниванию

затвора). Однако опасность

заклинивания в закрытом по

ложении все

-таки полностью

не устранена

В задвижке с упругим кли

ном

(рис. 2.154) затвор 3 пред-

ставляет собой разрезанный

Рис. 2.154. Задвижка с суженным проходом

и упругим клином:

1 — корпус; 2 — седло; 3 — затвор; 4 — стойка;

5 — шпиндель; 6 — верхняя крышка; 7 — ходовая

гайка; 8 — ребро

256

клин с упругим ребром 8, которое

позволяет уплотнительным по

верхностям клина поворачиваться

относительно друг друга на неко

торый угол, что обеспечивает луч

шее прилегание к уплотнительным

поверхностям седел. Эта особен

ность упругого клина исключает

необходимость индивидуальной

технологической подгонки уплот

нения и уменьшает опасность за

клинивания. Задвижки этого типа

изготовляют как с невыдвижным

шпинделем, так и с выдвижным

(рис. 2.155).

Усилие приводов при откры

вании таких задвижек несколько

больше, чем у задвижек с цельным

клином, зато герметичность затво

ра намного выше.

Задвижки с составным кли

ном

называемые двухдисковыми,

как правило, применяются тогда

когда требуется весьма высокая

степень герметичности затвора

при закрытом положении задвиж

ки. Поэтому применяют подобные

конструкции в весьма ответствен

ных случаях

(когда по требованиям технологического процесса пропуск

среды через затвор исключен).

Несмотря на сложность конструкции и, следовательно, высокую

стоимость, а также нежесткий затвор, эти задвижки имеют явные пре-

имущества перед другими типами задвижек: незначительный износ

уплотнительных поверхностей затвора и седел

; высокая герметизация

прохода в закрытом положении; меньшее усилие привода, необходимое

для закрытия задвижки.

Обычно затвор в задвижках подобного типа состоит из двух плос-

ких дисков

, между которыми закладывается разжимной элемент, вы-

полненный в виде шара или грибка

, иногда связанный со шпинделем.

Сила уплотнения обеспечивается составляющими усилиями привода,

Рис. 2.155. Задвижка с упругим клином

и выдвижным шпинделем:

1 — ко р п у с ; 2 — с е д л о ; 3 — з а т в о р ;

4 — шпиндель; 5 — ходовая гайка; 6 — махо-

вик; 7 — клин; 8 — стойка

257

нормальными к внутренним по-

верхностям дисков и приложен

ными в точке или по линии ка

сания рабочей поверхности раз

жимного элемента и внутренних

поверхностей дисков.

Однако в двухдисковых за

движках предъявляются повы

шенные требования к величине

люфта в резьбовой системе хо

довая гайка-шпиндель, так как от

нее существенно зависит надеж

ность герметичного перекрытия

прохода.

Затвор задвижки с составным

клином

(рис. 2.156) состоит из

двух дисков

2, между которыми

размещен разжимной элемент

выполненный в виде грибка с ша-

ровой поверхностью. Грибок упи

рается в подпятник

3, закреплен-

ный на другом диске

. Во избежа-

ние распада диски при открывании

прохода размещают в обойме

Усилие от нажатия шпинделя

4 передается при помощи внутреннего

диска 1.

Параллельные задвижки

Отсутствие трения уплотнительных поверхностей на всем пути дви

жения затвора позволяет в двухдисковых задвижках уплотнить проход

с помощью эластичных колец, смонтированных на дисках затвора.

В параллельных задвижках

уплотнительные поверхности седел па-

раллельны друг другу и расположены перпендикулярно к направлению

потока рабочей среды

. Затвор в параллельных задвижках обычно на-

зывают «диском», «шибером» или «ножом».

Задвижки такого типа также достаточно часто встречаются в экс

плуатации. Преимуществами этой конструкции являются

простота из-

готовления затвора

, легкость сборки и ремонта, отсутствие заедания

затвора в полностью закрытом положении.

Зато параллельные задвижки имеют существенные недостатки: боль

шой расход энергии на закрывание и открывание, вызванный тем, что на

Рис. 2.156. Задвижка с составным клином

и выдвижным шпинделем:

1 — внутренний диск; 2 — диск; 3 — подпятник;

4 — шпиндель; 5 — обойма; 6 — седло; 7 — раз-

жимной грибок; 8 — корпус

258

всем пути движения при-

вод преодолевает трение

между уплотнительными

поверхностями седел и за

твора; значительный износ

уплотнительных поверх

ностей

Однодисковая

зад-

вижка

(рис. 2.157) состо-

ит из литого корпуса

с патрубк

ами 2. В корпус

ввинчены два седла

5, изго-

товленных из легирован

ной стали и застопорен

ных шпильками

6. Затвор

(шибер) 1, выполненный

в виде щита со скруглен

ным концом, имеет в ниж-

ней части отверстие

, рав-

ное диаметру прохода

которое при закрытии за

движки смещается вниз

;

проход перекрывается

глухой частью шибера

Затвор связан со шпин

делем 12, который приво-

дится в движение махови

ком. Сверху внутренняя

полость задвижки ограничивается верхней крышкой

9, на которой

закреплены стойка

15 и выходной элемент привода 14. Для герметиза-

ции прохода на седлах укреплены уплотнительные кольца

7. Шпиндель

связан с шибером 1 при помощи узла крепления 4. Как и в обычных

конструкциях задвижек с выдвижным шпинделем, верхний конец

шпинделя защищен от загрязнения кожухом

13, имеющим указатель

положения. Крышка в верхней части имеет набивку сальника 10.

Оригинальна конструкция шиберной задвижки Dezurik (рис. 2.158).

Литой бесфланцевый корпус

4, снабженный ребрами жесткости 8, имеет

небольшую массу и малую строительную длину. В отличие от задвижки

описанной выше, шибер

2 не имеет отверстия. Своим верхним кон-

цом он соединен со шпинделем

9. На шпинделе нарезана двухзаходная

трапецеидальная резьба

, что уменьшает износ и сокращает время, не-

Рис. 2.157. Параллельная однодисковая задвижка:

1 — шибер; 2 — патрубок; 3— корпус; 4 — узел крепления

шпинделя и шибера; 5 — седло;

6 — шпилька; 7 — уплот-

нительное кольцо;

8 — прокладка; 9 — верхняя крышка;

10 — н а б и в ка са льн и к а ; 1 1 — наж и м н а я п лан к а ;

12 — шпиндель; 13 — кожух; 14 — выходной элемент привода;

15 — стойка

259

обходимое для открывания или за-

крывания задвижки. Ходовая гайка

10, изготавливаемая из антифрик

ционного материала, размещается

в верхней части бугельной стойки

К ней жестко крепится маховик

11.

Проточная часть задвижки футе

руется нержавеющей сталью. К этой

футеровке привариваются, а затем

механически обрабатываются на

правляющие

7 шибера. В нижней

части расположен фиксатор, ко

торый поджимает шибер к седлу

1. Поскольку сальник 5 уплотня-

ет весь шибер по периферии, а не

шпиндель, как обычно, кольца саль

никовой набивки покрыты пласти

ком. Это снижает потери на трение шибера о набивку.

В закрытом положении шибер давлением среды прижимается

к профилированному седлу

1. Такая несимметричность затвора требует

установки задвижки на трубопроводе в строго определенном положе

нии, в соответствии с направлением потока среды. В паз седла иногда

помещают уплотнительные манжеты из различных эластичных мате

риалов, например неопрена (для щелочных сред).

Описанная конструкция задвижки очень компактна, занимает мало

места в технологической линии

, надежна в эксплуатации и несложна

при ремонте и обслуживании.

Однодисковые

(шиберные) параллельные задвижки применяют

тогда, когда не требуется высокой герметичности прохода. Жесткая

конструкция затвора позволяет использовать их для довольно боль

ших рабочих давлений и температур рабочей среды

. Корпус задвижек

достаточно простой конструкции

. Однако эти задвижки имеют недо-

статки: трудность достижения полной герметизации прохода в закры-

том положении

; большая величина износа уплотняющих кромок; по-

требность в более тщательной сборке затвора; большой момент привода

необходимый для перемещения затвора на всю длину хода.

Шиберные задвижки достаточно легко обслуживаются и ремонти

руются. Величину износа зачастую очень легко скомпенсировать при

ремонте смещением

(вывертыванием) седел. Шиберные задвижки вы-

пускают как с выдвижными

, так и с невыдвижными шпинделями.

Рис. 2.158. Шиберная задвижка Dezurik:

1 — седло; 2 — шибер; 3 — футеровка;

4 — корпус;

5 — сальник; 6 — бугельная стой-

ка;

7 — направляющая и фиксатор шибера;

8 — ребро жесткости; 9 — шпиндель; 10 — хо-

довая гайка; 11 — маховик

260

Двухдисковые параллельные задвижки обеспечивают достаточно

хорошее уплотнение в затворе в закрытом положении.

Как и задвижки с составным клином, их применяют, когда требуется

надежная герметизация.

Двухдисковые параллельные задвижки имеют много преимуществ

перед шиберными: почти полное отсутствие износа уплотнительных

поверхностей дисков и седел корпуса; высокая степень герметизации

прохода в закрытом положении; меньшее усилие (на маховике или

приводе) при закрывании. Однако одновременно за счет усложнения

конструкции затвора такие задвижки имеют и недостатки, ограничи

вающие их применение: нежесткая конструкция затвора; потребность

в направляющих движения затвора, что усложняет конструкцию и тех

нологию обработки корпусов

Обычно затвор в параллельных двухдисковых задвижках состоит из

двух плоских дисков, между которыми закладывается разжимной эле

мент. Нижняя часть затвора в закрытом положении не может упереться

в седло, поэтому находят новые конструктивные решения.

Схема одной из наиболее распространенных конструкций затвора

для задвижек с выдвижным шпинделем приведена на рисунке

2.159а.

Затвор состоит из двух дисков

1, между которыми помещен разжимной

элемент 2, имеющий форму грибка, узкая часть которого направлена

вниз. В конце хода затвора грибок

2 упирается в корпус 6 и диск 1 с про-

филированной частью грибка прижимаются к седлам

5 корпуса, гер-

метизируя проход. В момент открывания задвижки шпиндель

3 вытя-

гивает диски из контакта

с седла

ми, диски 1 разжи-

маются и грибок

2 опуска-

ется. При этом диски схо-

дятся и дальнейшее дви

жение осуществляется без

трения между затворами

и седлами. Если задвиж

ка имеет невыдвижной

шпиндель, то в качестве

разжимающего элемента

применяют систему, состо

ящую из двух грибков, сим-

метрично расположенных

относительно оси шпин-

деля (рис. 2.159б).

Рис. 2.159. Затвор двухдисковых параллельных задвижек:

а) с выдвижным шпинделем: 1 — диск; 2 — грибок;

3 — шпиндель; 4 — уплотнительное кольцо; 5 — сед-

ло;

6 — корпус; б) с невыдвижным шпинделем: 1 — диск;

2 — грибок; 3 — ходовая гайка; 4 — шпиндель; 5 — уплотни-

тельное кольцо; 6 — седло; 7 — корпус