Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

261

Для равномерного распределения усилия уплотнения диски 1 из-

готовляют достаточно массивными, и при этом они могут смещаться

на направляющих.

Сложность изготовления задвижек с металлическими уплотнитель

ными поверхностями затворов

, для которых требуется монтаж седел,

притирка уплотнительных поверхностей затвора

, обеспечение соосно-

стей, высокая точность изготовления направляющих и т. п., заставляет

иногда при низких температурах транспортируемых сред и невысоких

рабочих давлениях применять более простую и экономичную конструк

цию задвижек с уплотнительными поверхностями затвора, изготовлен

ными из эластичного уплотняющего материала

— резины, фторопласта

и др. В таких задвижках, как правило, седел нет. В качестве уплотнения

используют механически обработанные поверхности корпуса

. Затвор

(рис. 2.160) выполнен в виде двух дисков 2, подвешенных на резьбовой

втулке

3. Диски облицованы эластичным материалом. Проход уплотня-

ют по обработанным поверхностям корпуса

1. Проход герметизируют

в закрытом положении нажатием клиновыми выступами резьбовой

втулки, которые вместе со втулкой смещаются вниз при вращении

шпинделя 4. Уплотнение по периферии дисков в нижней их части обе-

спечивается за счет осевого усилия шпинделя

Иногда рабочую полость задви

жек, работающих в агрессивных

средах, покрывают слоем пластмасс,

нанесенных распылением или футе

ровкой. При этом также получают

достаточно надежную герметич

ность прохода.

Конструкция затвора с эластич

ным уплотнением позволяет от

казаться от притирки и чистовой

обработки уплотнительных поверх

ностей корпуса и дисков, а также

обеспечивает взаимозаменяемость

затвора, что особенно важно при

организации крупносерийного про

изводства. Собранный затвор без

каких-либо дополнительных опе

раций можно установить в любом

корпусе соответствующего прохода

с гарантированной герметичностью.

Рис. 2.160. Задвижка

с эластичным уплотнением прохода:

1 — корпус; 2 — диск; 3 — резьбовая втулка;

4 — шпиндель; 5 — уплотнение

262

Это является важным преимуществом задвижек с эластичным уплот-

нением. Кроме того, задвижки такой конструкции имеют более низкую

стоимость и могут работать в средах, содержащих абразивные частицы

Обслуживание задвижек также является достаточно простым

: для ре-

монта достаточно заменить покрытия дисков.

Однако долговечность затвора задвижек такого типа невысока. Элас-

тичный материал при частых закрытиях изнашивается

, при старении

на его поверхности появляются трещины и изъязвления, особенно при

высоких температурах транспортируемой среды. Поэтому для облегче

ния ремонта нередко в комплект поставки с задвижкой входят запасные

либо диски

(если уплотнительный материал нанесен распылением),

либо сменные эластичные уплотнения.

Размещение системы винт

-гайка в задвижке в идеальном случае

должно было бы обеспечивать одновременно компактность задвижки

и легкий доступ к резьбовой паре для подачи смазки и проведения те

кущего ремонта без разборки.

С точки зрения компактности, предпочтительнее размещать ходовую

гайку непосредственно

на затворе. При этом шпиндель совершает толь-

ко вращательное

движение, и поэтому задвижка имеет минимальную

высоту, определяемую только ходом затвора и длиной сальника. Такая

конструкция задвижек получила название задвижки с невыдвижным

шпинделем. Они достаточно широко распространены.

Однако такое конструктивное решение имеет недостатки: резьбо

вая пара находится непосредственно под воздействием рабочей среды

;

ухудшается работа сальника; доступ для осмотра и ремонта системы

винт-гайка затруднен.

Работа резьбовой пары непосредственно в рабочей среде практичес-

ки исключает применение задвижек с невыдвижным шпинделем как

на агрессивных средах из

-за опасности появления коррозии и связан-

ным с ней разрушением или заеданием пары

, так и на трубопроводах

с высокой температурой рабочей среды вследствие того, что за счет

неравномерного теплового расширения шпинделя и гайки возможно

заедание резьбы

. Все это существенно снижает надежность резьбовой

пары, увеличивает ее износ, что в конечном счете приводит к уменьше

нию гарантированного срока службы задвижки. В свою очередь враща

тельное движение шпинделя увеличивает износ сальниковой набивки

что снижает надежность сальника, и поэтому в зависимости от диаметра

шпинделя и скорости его вращения иногда следует применять специ

альные набивочные материалы.

Размещение системы винт

-гайка в рабочей среде в условиях экс-

плуатации также весьма невыгодно, так как для ремонта пары требу

263

ется перекрывать трубопровод, спускать рабочую среду и разбирать

задвижки. Кроме того, из-за отсутствия возможности подать смазку

непосредственно на трущиеся поверхности винтовой пары увеличива

ются усилия, необходимые для перемещения затвора

Учитывая недостатки задвижек с невыдвижным шпинделем, стали

применять конструкции, в которых ходовая гайка закреплена на стой

ке или непосредственно в приводе, т. е. вне рабочей полости корпуса.

В этих конструкциях шпиндель совершает только поступательное

движение и перемещается вместе с затвором, как бы «выдвигаясь» из

задвижки. В задвижках с выдвижным шпинделем исключены недо

статки, связанные с воздействием рабочей среды. Поступательное дви

жение шпинделя обеспечивает наилучший режим работы сальникового

уплотнительного устройства. Доступ для осмотра и ремонта резьбовой

пары удобен. Такая конструкция задвижек позволяет заменять изно

шенную ходовую гайку, не демонтируя задвижку, а иногда и не останав

ливая процесс. Кроме того, предусмотрена возможность качественной

смазки трущихся частей.

Тем не менее в конструкциях с выдвижным шпинделем имеются не

которые недостатки, например увеличение высоты задвижки (за счет

выхода шпинделя). Кроме того, необходимость каким-либо способом

защищать от загрязнения и коррозии выступающую резьбовую часть

шпинделя, а также предохранять шпиндель от механических повреж

дений или ударов, которые могут разрушить резьбу. Помимо этого, при

монтаже над задвижкой приходится предусматривать свободное место,

что не очень удобно при ее установке на одном из пересекающихся

трубопроводов.

2.6.5.5. Вентили

Для перекрытия потоков в трубопроводах с небольшими условными

проходами (до 250

мм) и высокими перепадами давлений наряду с кла-

панами широко применяют вентили. Изготовление вентилей экономи

чески целесообразно, так как их габаритные размеры, масса и стоимость

при малых условных диаметрах ниже, чем аналогичных задвижек

К вентилям относят запорную арматуру с поступательным переме

щением затвора в направлении, параллельном потоку транспортируе

мой среды. Затвор перемещается, как правило, при помощи системы

винт – ходовая гайка. Если к надежности и герметичности перекры

тия прохода предъявляются высокие требования, широко применяют

вентили для перекрывания потоков газообразных или жидких сред

в трубопроводах с диаметрами условных проходов до

300 мм (а в не-

264

которых случаях и до 400 мм) при рабочих давлениях до 250 МПа

и температурах сред от –200 до + 450 °С.

Иногда, в отличие от задвижек и кранов, на базе вентилей достаточ

но просто могут быть созданы дросселирующие устройства с любой

расходной характеристикой.

По сравнению с другими видами запорной арматуры вентили имеют

следующие преимущества: возможность работы при высоких перепадах

давлений на золотнике и при больших величинах рабочих давлений;

простота конструкции, обслуживания и ремонта в условиях эксплуа

тации; меньший ход золотника (по сравнению с задвижками), необхо

димый для полного перекрытия прохода (обычно 0,25

Dy); относитель-

но небольшие габаритные размеры и масса; применение при высоких

и сверхнизких температурах рабочей среды; герметичность перекрытия

прохода; использование в качестве регулирующего органа; установка на

трубопроводе в любом положении (вертикальном или горизонтальном);

исключение возможности возникновения гидравлического удара.

К недостаткам, общим для всех конструкций вентилей, относятся

высокое гидравлическое сопротивление (по сравнению с задвижками,

дисковыми затворами и кранами); невозможность применения на по

токах сильно загрязненных сред, а также на средах с высокой вязкостью;

большая строительная длина (по сравнению с задвижками и дисковыми

затворами); подача среды только в одном направлении, определяемом

конструкцией вентиля.

Если сравнивать вентили с другими видами запорной арматуры (за

движками, дисковыми затворами, кранами), применяемыми для пере

крытия потоков сред в трубопроводах с диаметрами условных прохо

дов 250 мм и более, то они имеют большие массу, габаритные размеры

и, следовательно, большую стоимость.

Вследствие того, что усилия, возникающие на золотнике под дей

ствием перепада давлений, действуют по оси шпинделя, в вентилях

с большим диаметром условного прохода возрастают усилия трения,

в резьбе и возникает необходимость применения мощных приводов.

Кроме того, применение вентилей на магистральных трубопроводах из-

за их большого гидравлического сопротивления вряд ли рационально,

так как это требует повышения мощности перекачивающего оборудова

ния для повышения давления на входе системы. Отсюда дополнитель

ные затраты, повышение расхода электроэнергии и т. п.

Вентиль (рис. 2.161) состоит из корпуса

1, в котором смонтирован узел

затвора, верхней крышки

5 с сальниковым устройством 6 и шпинделя 4.

Внутренние поверхности корпуса

1 и верхней крышки 5 образуют рабо-

265

чую полость вентиля. Корпус вен-

тиля, представляющий собой литую

конструкцию, симметричную отно

сительно продольной плоскости,

снабжен двумя соосными патруб

ками, имеющими фланцы для при

соединения к трубопроводу. Узел

затвора, состоящий из золотника

и кольцевого седла

2, предназна-

чен для перекрытия потока среды.

Золотник по форме представляет

собой тело вращения с плоским

основанием, на котором закрепле

но уплотнительное кольцо, изго

товленное из металла, резины или

фторопласта.

Конструкция узла соединения

золотника

3 со шпинделем 4 обес-

печивает возможность смещения

оси тарелки по отношению к оси

шпинделя, что способствует плот

ному прилеганию уплотнительного

кольца золотника к седлу. Рабочая среда подается через входной патру

бок (в данном случае под золотник).

Уплотнение в месте выхода шпинделя из рабочей полости осущест

вляется сальником

6, конструкция которого не отличается от конструк-

ции сальниковых устройств, применяемых в других видах запорной ар

матуры. Несмотря на то

что для полного закрытия вентиля приходится

преодолевать усилия среды

, такое конструктивное решение позволяет

заменить набивку сальника без отключения линии

(при закрытом по-

ложении затвора). Можно заменить сальниковую набивку и при от

крытом положении затвора. Для этой цели предусматривается верх

нее уплотнение. В верхней части золотника имеется коническая фаска

а в крышке — соответствующая проточка, которая выполняет роль

уплотнительного седла. Когда шпиндель полностью поднят, эти ко

нические поверхности соприкасаются и прекращают доступ среды по

шпинделю к сальнику. Когда сальник необходимо перенабить без оста

новки технологического процесса, это уплотнение выполняют более

тщательно. Уплотнительные поверхности наплавляют специальными

сплавами, а затем при сборке вентиля притирают.

Рис. 2.161. Проходной вентиль

с золотником тарельчатого типа:

1 — корпус; 2 — седло; 3 — золотник; 4 — шпин-

дель; 5 — крышка; 6 — сальник; 7 — стойка;

8 — ходовая гайка; 9 — маховик

266

В качестве привода использован маховик 9, соединенный со шпин-

делем. При вращении маховика золотник приходит в движение и пере

крывает проход.

Система винт-гайка предназначена для преобразования враща

тельного движения маховика привода в поступательное перемещение

шпинделя. При монтаже вентилей предусматривают дополнительное

свободное место с учетом хода шпинделя, а также защищают резьбовую

часть шпинделя от загрязнения и механических повреждений резьбы.

Ходовая гайка жестко крепится в верхней части бугельной стойки.

При этом шток (шпиндель), совершая поступательное движение, еще

и вращается. Это несколько ухудшает работу сальникового уплотнения.

Классификация вентилей

Конструкции вентилей классифицируют по нескольким признакам,

так как при проектировании различных технологических установок

и схем помимо гидравлических характеристик вентилей большое зна

чение имеет способ его монтажа на трубопроводе.

По конструкции корпуса

вентили подразделяют:

— на проходные;

— прямоточные угловые;

— смесительные.

По назначению их классифицируют:

— на

запорные, которые по конструкции затворов (золотников) под-

разделяют на тарельчатые и диафрагмовые, а по способу уплотнения

шпинделя – на сальниковые и сильфонные;

— запорно-регулирующие, по конструкции дроссельных устройств

подразделяемые на вентили с профилированными золотниками

и игольчатые;

— специальные.

Ниже рассмотрены некоторые из наиболее часто встречающихся

конструкций.

Проходные вентили

Проходными называют вентили, которые имеют корпус с соосными

или параллельными патрубками. Они предназначены для установки

в прямолинейных трубопроводах, широко применяются в практике

и имеют преимущества, общие для всех вентилей.

Проходные вентили имеют недостатки: относительно высокое гид-

равлическое сопротивление; наличие зоны застоя; большие строитель

ные размеры; сложность конструкции корпуса и относительно большую

массу.

267

Высокое гидравлическое сопротивление корпуса обусловливается

там, что поток рабочей среды делает по крайней мере два поворота. Это

соответственно и увеличивает потери энергии. В нижней части кор

пуса, как правило, образуется зона застоя, которая является местом

скопления твердых частиц, различных включений и др. В современных

конструкциях проходных вентилей образование зоны застоя пытаются

исключить специальными закругленными формами внутренней полос-

ти корпуса

Большие строительные размеры корпусов проходных вентилей обу

словливаются их конструкцией. Корпусы в вентилях с фланцевым и лин

зовым присоединениями к трубопроводу имеют наибольшие размеры

Проходной вентиль (рис. 2.162) состоит из литого корпуса

1, на пере-

мычке которого закреплено седло

2. К корпусу крепится крышка 4, от-

литая вместе с бугельной стойкой. На крышке смонтированы сальник

и ходовая гайка

6, в которую ввинчен шпиндель 5. Последний связан

с золотником

3 тарельчатого типа. Герметизация прохода в закры-

том положении осуществляется по торцовой поверхности седла

и уплотнительного кольца закрепленного на золотнике. Маховик за

крепляют на шпинделе, который при

вращении маховика совершает вин

товое движение. Конец шпинделя,

связанный с золотником, закруглен

и упирается в подпятник. Это обеспе

чивает самоустановку золотника по

седлу, что устраняет перекосы и негер

метичность и практически исключает

вращение уплотняющего кольца по

торцу седла после их соприкоснове

ния. Ходовая гайка предохраняется от

вращения при помощи неподвижного

шпоночного соединения или винто

вым стопором.

Для уплотнения между крышкой

и корпусом устанавливают прокладку

закрепленную между фланцами кор

пуса и крышки

Нижняя часть корпуса усилена реб-

ром жесткости, что увеличивает его

сопротивление моменту изгиба, воз

никающего обычно при неправильном

Рис. 2.162. Проходной запорный вентиль

с усиленным золотником:

1 — корпус; 2 — седло; 3 — золотник;

4 — крышка со стойкой; 5 — шпиндель;

6 — ходовая гайка; 7 — маховик

268

монтаже вентилей на трубопроводе. В целях уменьшения гидравличес-

кого сопротивления внутренняя полость корпуса вентиля выполнена

закругленной. Подобная конструкция проходных вентилей наиболее

распространена (за исключением золотника, конструкций которых

очень много).

Прямоточные вентили

К прямоточным относят венти

ли, корпус которых имеет соосные

патрубки, а ось шпинделя располо

жена под углом к оси прохода.

Преимущества вентилей этого

типа по сравнению с проходными

следующие: относительно малое

гидравлическое сопротивление;

компактность конструкции; от

сутствие зон застоя.

Недостатки прямоточных вен

тилей – большая по сравнению

с проходными длина и относитель

но большая масса.

В прямоточных вентилях угол

между осями прохода и патруб

ков составляет 45

…60°. Вентиль

(рис. 2.163) состоит из корпуса

с навинченными на него фланцами.

Уплотнительная кромка получена

при обработке корпуса.

В этой конструкции крышка

4 крепится к корпусу вместе со стойкой 6.

Сальниковое устройство

5 обычной конструкции с нажимным флан-

цем. На стойке жестко посажена ходовая гайка

8. Наиболее интересным

в рассматриваемой конструкции является то, что узел соединения

10,

штока 3 со шпинделем 9 вынесен за пределы корпуса. Таким образом,

шпиндель, вращаясь и поступательно перемещаясь, передает штоку,

а с ним и золотнику только поступательное движение. Этим устраня

ется вращение золотника, а также улучшаются условия работы саль

никовой набивки. Золотник состоит из тарелки с приваренным к ней

полым штоком. Этим облегчается конструкция затвора.

Не меньший интерес представляет конструкция прямоточного вен

тиля, в котором в качестве запорного элемента применена диафрагма

(мембрана), связанная с тарелкой плунжера (рис. 2.164). Верхняя часть

Рис. 2.163. Прямоточный вентиль:

1 — корпус; 2 — золотник; 3 — шток; 4 — крыш-

ка;

5 — сальник; 6 — стойка; 7 — маховик;

8 — ходовая гайка; 9 — шпиндель; 10 — сцепка

269

мембраны одновременно служит уплот-

нительным элементом, разделяющим

рабочую полость вентиля и окружаю

щую атмосферу. Это уплотнение при

жимается к верхнему фланцу корпуса

крышкой

5. В прямоточном вентиле дан-

ной конструкции отсутствует сальник,

что позволяет существенно уменьшить

его габаритные размеры. Перекрытие

прохода достаточно герметично. Ось

шпинделя в отличие от приведенной

ранее конструкции перпендикулярна

оси патрубков.

В п р я м о т о ч н о м в е н т и л е

(рис. 2.165а)

несмотря на обычное

решение общей компоновки

(ось

шпинделя

5 наклонена под углом к

оси патрубков) корпус состоит из

двух частей простой конфигура

ции, очень удобной для массового

производства, — собственно кор

пуса

1 и патрубка 2 с двумя флан-

цами. Седло

3 одновременно явля-

ется соединяющим и центрирую

щим элементом патрубка и корпу

са. В такой конструкции отпадает

необходимость в верхней крышке

так как этот разъем практически

не нужен. Доступ к дроссельной

паре возможен со стороны па

трубка. Сальниковое устройство

смонтировано непосредствен

но на корпусе. Это существенно

уменьшает габаритные размеры

вентиля. Отсутствие крышки

позволяет отлить стойку вместе

с корпусом. При этом конструк

ция его становится монолитной

и надежной. Однако недостаток

такого конструктивного решения

Рис. 2.164. Прямоточный мембранный

вентиль:

1 — корпус; 2 — мембрана; 3 — махо-

вик; 4 — шпиндель; 5 — крышка

Рис. 2.165. Запорный вентиль:

а — прямоточный; б — угловой;

1 — корпус;

2 — входной патрубок: 3 — седло; 4 — золот-

ник; 5 — шпиндель; 6 — сальник; 7 — нажим-

ная гайка; 8 — ходовая гайка

270

заключается в том, что уплотнение (золотник и седло) оказывается под

непосредственным воздействием усилий, действующих на патрубок со

стороны трубопровода. Это при неправильном монтаже может достаточ

но легко нарушить герметичность вентиля. Кроме того, привод развива

ет достаточно большое усилие, необходимое для герметизации прохода,

поэтому шпильки, соединяющие патрубок с корпусом, воспринимают

значительную суммарную нагрузку.

Оригинальность такого конструктивного решения заключается

и в том, что прямоточный вентиль легко можно превратить в угловой.

Для этого достаточно переставить патрубок, как показано на рис. 2.165

б.

Интересным является также и конструктивное решение сальниково

го устройства, исключающее применение нажимного фланца для затя

гивания набивки сальника. Его роль выполняет гайка

7, одновременно

служащая направляющей для шпинделя и элементом, предохраняю

щим от попадания грязи в резьбовую часть шпинделя.

Угловые вентили

Угловые вентили имеют корпус

с перпендикулярно расположенными

патрубками, причем один из патруб

ков соосен или параллелен оси дрос

сельной пары (седла и золотника).

Вентили этого типа предназначены

для соединения двух частей трубо

провода, расположенных перпенди

кулярно друг другу (например, го

ризонтально и вертикально) или для

монтажа на повороте.

Эти вентили по сравнению с про

ходными более компактны по кон

струкции, меньше по массе и не име

ют застойных зон в корпусе. К недо

статкам угловых вентилей относятся

относительно высокое (по сравнению

с прямоточными) гидравлическое со

противление и большая высота

Угловой вентиль (рис. 2.166) пред

назначен для работы при давлениях

рабочей среды, меньших 6,4

МПа,

и при невысоких температурах. Он со

стоит из корпуса

1, на котором закре-

Рис. 2.166. Угловой запорный вентиль:

1 — корпус; 2 — золотник; 3 — шпиндель;

4 — крышка; 5 — сальник; 6 — ходовая гай

ка; 7 — маховик