Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

271

плена крышка 4, отлитая вместе со стойкой. На стойке крепится ходовая

гайка

6 и сальник 5. Набивка сальника состоит из уплотнительных ко-

лец. Ходовая гайка предохраняется от вращения вокруг оси при помощи

винтов. В этой конструкции седло заменяется уплотнительной, поверх

ностью, полученной обработкой перемычки корпуса. Тарельчатый золот

ник

2 соединен со шпинделем 3. Это предотвращает вращение золотника

в закрытом положении затвора. Маховик закрепляется на шпинделе.

Недостаток вентиля — отсутствие сменного седла в корпусе. При

износе уплотнительной кромки и потере герметичности требуется ме

ханическая обработка корпуса. Это достаточно сложно в условиях экс

плуатации, особенно если вентиль с большим условным проходом

Между патрубками проходит ребро жесткости, которое воспринима

ет изгибающие усилия от трубопроводов при монтаже вентиля. Приве

денная конструкция незначительно отличается от других конструкций

угловых запорных вентилей. Эти различия касаются в основном затво

ра, сальниковых устройств и расположения системы винт-гайка.

Диафрагмовые вентили

Диафрагмовым (или мембранным) называется вентиль, у которого

запорный элемент — эластичная диафрагма (мембрана), перекрываю-

щая проход. Диафрагмовые вентили предназначены для перекры

вания потоков сред при невысоких температурах (до 100

…150 °С)

и невысоких рабочих давлениях. К преимуществам вентилей относят

ся: простота конструкций; отсутствие сальника, зон застоя и карманов;

невысокое гидравлическое сопротивление; небольшие габаритные

размеры и масса

Основной недостаток вентилей этого типа — относительно неболь

шой срок службы мембраны. Применение мембраны в качестве запор

ного элемента, который одновременно служит и для разделения рабочей

полости вентиля с окружающей атмосферой, исключает необходимость

в сальниковом устройстве, что существенно упрощает конструкцию.

Однако, учитывая, что обычные мембраны не в состоянии «совершать»

большой ход, в рабочей полости корпуса в месте перекрытия потока

предусматривают значительное сужение потока. Это существенно уве

личивает гидравлическое сопротивление корпуса. Наконец, появляет

ся и проблема полного исключения вращательного движения тарел

ки во избежание «скручивания» мембраны, которое может привести

к ее разрыву. При этом маховик соединяется ходовой гайкой, а шток

совершает поступательное движение. Одновременно предусматрива

ются и аварийные устройства, сохраняющие герметичность вентиля

в случае разрушения (прорыва) мембраны.

272

Диафрагмовый вентиль (рис. 2.167)

состоит из корпуса

1, на котором закре-

плена крышка

6. Запорным элементом

служит мембрана

2, одновременно герме-

тизирующая рабочую полость. Мембрана

перемещается под действием золотника

(грибка)

3, поверхность которого по про-

филю совпадает с узкой частью корпуса.

Для предотвращения разрыва мембраны

от давления среды предусмотрена теле

скопическая опора из колец

8. Мембрана

прижимается к корпусу крышкой

6, на

которой крепится ходовая гайка

5, свя-

занная с маховиком. В этой конструкции

грибок, присоединяемый к шпинделю

фиксируется при вращении.

Мембранные вентили часто выпускают с футеровкой внутренних

поверхностей корпуса резиной, полиэтиленом или эмалированными.

Сильфонные вентили

Сильфонными называют вентили, в которых в качестве уплотни

тельного элемента, разделяющего рабочую полость и окружающую

атмосферу в месте выхода шпинделя, используют сильфоны.

Сильфонные вентили (рис. 2.168) предназначены для работы в сре

дах, утечка которых в окружающую атмосферу недопустима из-за ее

высокой стоимости, агрессивности, токсичности, взрыво- или пожа

роопасности, ядовитости и др. Основные преимущества сильфонных

вентилей — полное исключение утечки рабочей среды и надежность

уплотнительного элемента.

К недостаткам, общим для всех конструкций сильфонных вентилей,

относятся высокие сложность и стоимость конструкции; трудность ре

монта в условиях эксплуатации и большая величина усилия, необхо

димого для перекрытия потока.

Сильфонные вентили должны удовлетворять требованиям:

1) в целях исключения разрушения сильфона шпиндель должен со

вершать только поступательное движение, вращение его вокруг оси

недопустимо;

2) в крышке должно быть предусмотрено дополнительное аварийное

сальниковое устройство, препятствующее утечке среды из рабочей

полости вентиля в случае усталостного разрушения сильфона;

3) шпиндель должен быть надежно связан с сильфоном;

Рис. 2.167. Диафрагмовый вентиль:

1 — корпус; 2 — мембрана; 3 — золот-

ник; 4 — шпиндель; 5 — ходовая гайка;

6 — крышка;

7 — маховик; 8 — опорные

кольца

273

4) при перемещении шпинделя

сильфон должен работать

только на сжатие;

5) давление среды допустимо

только снаружи сильфона;

6) уплотнение между сильфо

ном, корпусом и шпинде

лем должно быть надежным

и герметичным;

7) золотник и седло должны

быть сцентрированы во из

бежание перекоса сильфона

Приведенный выше пере

чень основных требований не

учитывает особых требований

к изготовлению сильфонов,

которые являются наименее

надежными элементами кон

струкций таких вентилей.

Сильфоны, предназначен

ные для работы при больших

давлениях среды, имеют высо

кую жесткость. Поэтому при за

крывании вентиля необходимо

приложить довольно большие

усилия. Для уменьшения необ

ходимого усилия уплотнения

затвора в вентилях с подачей среды под золотник сильфонный узел

при закрытом проходе должен находиться в свободном

(несжатом) со-

стоянии. В конструкции такого вентиля учитываются все требования

предъявляемые к сильфонным вентилям

. Наибольший интерес пред-

ставляет узел сильфона

5 и конструктивное решение узла соединения

шпинделя с золотником 1.

Вентиль состоит из литого корпуса

2, на котором закрепляется крыш-

ка

7. Уплотнение и центрирование между крышкой и корпусом осу-

ществляются при помощи фланца промежуточного корпуса

4, внутри

которого смонтирован сильфон

5, который с одной стороны соединен со

шпинделем 9, а с другой — приварен к верхней части промежуточного

корпуса

4. Последний, таким образом, является защитой сильфона от

механических повреждений при эксплуатации вентиля и препятствует

Рис. 2.168. Сильфонный запорный вентиль:

1 — золотник; 2 — корпус; 3 — шпонка; 4 — про-

межуточный корпус;

5 — сильфон; 6 — контрольное

отверстие;

7 — крышка; 8 — аварийный сальник;

9 — шпиндель; 10 — ходовая гайка; 11 — маховик;

12 — разжимное кольцо

274

проникновению среды в полость крышки

даже при прорыве сильфона.

Такая конструкция позволяет избежать

создания промежуточного разъема в крыш

ке, уменьшающего надежность вентиля, что

обычно имеется в конструкциях сильфон

ных вентилей.

Сложность обработки деталей увеличи

вает прочность конструкции и упрощает

обслуживание вентиля.

В другой конструкции сильфонного

вентиля (рис. 2.169) отсутствует аварийное

сальниковое уплотнение. На золотнике

расположены направляющие, которые при

полном его подъеме не выходят из кольце

вого прохода.

Такое конструктивное решение исклю

чает перекосы золотника при посадке его

на уплотнительные кромки.

Существенным недостатком, общим для

всех конструкций сильфонных вентилей,

является небольшое допустимое сжатие сильфона. Для увеличения

хода соединяют несколько сильфонов, что резко снижает надежность

вентиля и невыгодно из-за увеличения размера его по высоте. Для за

мены вышедшего из строя сильфона необходимо полностью разобрать

конструкцию, а также применять сварку, что не всегда можно просто

и быстро осуществить в условиях эксплуатации.

Смесительные вентили

В практике достаточно часто возникает необходимость смешивать

два потока жидкой среды с целью стабилизации ее температуры, кон

центрации реагентов, разжижения основной среды, введения в нее ка

тализатора, поддержания качества и т. д. Такие задачи часто решают

при помощи двух вентилей, через которые в смесительный резервуар

подается поток составных частей среды. Эти схемы получаются гро

моздкими, дорогими и сложными в эксплуатации. При регулировании

потоков приходится управлять сразу двумя вентилями. Кроме того,

эта схема предусматривает резервуар, что еще больше удорожает кон

струкцию.

Проще использовать смесительные вентили, в которых два потока

смешиваются непосредственно в корпусе одного вентиля. Такие вен

Рис. 2.169. Сильфонный

стальной вентиль:

1 — корпус; 2 — золотник; 3 — сборка

сильфона со шпинделем; 4 — крыш

ка; 5 — маховик

275

тили можно смонтировать непосредственно на рабочем резервуаре.

Их применение дает высокий экономический эффект за счет того, что

вместо двух вентилей и специального смесителя применяют только

один вентиль. С уменьшением числа элементов значительно увеличи

вается надежность схемы. По габаритным размерам, массе и стоимости

смесительные вентили не отличаются от проходных, но их гидравли

ческое сопротивление в 1,5…2 раза ниже.

Эти вентили без изменения конструкции с успехом можно исполь

зовать и в качестве разделительных.

Корпус смесительного вентиля имеет так называемую «трехходо

вую» конструкцию (с тремя патрубками). Два входных патрубка со

осны, через них подаются потоки смешиваемых сред. Ось третьего

выходного патрубка перпендикулярна осям входных патрубков и, как

правило, соосна с осью дроссельной пары (золотник и седло). При по

мощи патрубка вентиль соединяется с резервуаром.

Чтобы разделить поток рабочей среды на две части (это бывает не

обходимо в специальных случаях), достаточно подать поток в выходной

патрубок.

Смесительный вентиль (рис. 2.170) предназначен для непосредствен

ного монтажа на резервуаре, что сказалось и на его конструкции: седло

одновременно является уплотнительным элементом и зажимается при

монтаже между фланцем резервуара и выходным патрубком. Это позво

лило уменьшить размеры вентиля и упро

стить его конструкцию за счет перемычки, на

которой в обычном случае крепится седло

Необходимо отметить, что число выпус-

каемых конструкций смесительных венти

лей невелико.

Запорно-регулирующие вентили

Выше рассматривались конструкции

запорных вентилей, надежно работающих

лишь в двух положениях — полностью за

крыт и полностью открыт. Однако в прак

тике часто требуется арматура, которая

обеспечивала бы возможность ручного

или дистанционного управления подачей

продукта путем изменения гидравлическо

го сопротивления дроссельной пары с на

дежным фиксированием промежуточных

положений.

Рис. 2.170. Смесительный вентиль

276

Идеальным типом запорной арматуры для широкого применения в по-

добных условиях являются запорно-регулирующие вентили (рис. 2.171

Запорно-регулирующие вентили, помимо перекрывания потока,

дросселируют его.

Регулирующие (дроссельные) характеристики вентилей аналогич

ны характеристикам регулирующих клапанов и соответствуют специ

альной профилировке золотника.

Конструкция запорно-регулирующих вентилей в основном не от

личается от обычных конструкций проходных или угловых запорных

вентилей, однако им присущи некоторые особенности: золотник имеет

профилированную рабочую поверхность (чаще всего применяют золот

ники пробкового типа); золотник и седло имеют хорошо обработанные

и притертые уплотняющие кромки; направляющая движения шпинделя

должна быть четко сцентрирована с седлом; золотник и седло в целях

повышения надежности изготовляют из специальных сплавов.

Запорно-регулирующие вентили могут быть с профилированным

золотником и игольчатые.

В вентилях, работающих при высоких перепадах давлений рабочей

среды, профилированная (рабочая) поверхность золотника подверже

на воздействию значительных скоростей потока и при возникновении

кавитации или загрязненности среды быстро изнашивается. В условиях

эксплуатации изготовить новый золотник достаточно сложно, поэтому

Рис. 2.171. Запорно-регулирующие вентили:

а — запорный вентиль; б — регулирующий вентиль с уплотнительной поверхностью в виде усечен

ного конуса (угловой вентиль); в — регулирующий вентиль с плунжером в виде иглы;

1 — корпус;

2 — плунжер; 3 — крышка; 4 — сальник; 5 — нажимная гайка; 6 — маховик

�

277

на золотниках пробкового типа рабочую поверхность обычно получают

наплавкой твердыми сплавами, которые значительно увеличивают срок

службы золотников, хотя и усложняют технологию их производства

В основном разнообразные конструкции запорно-регулирующих

вентилей ничем не отличаются от рассмотренных выше конструкций.

При малых диаметрах условных проходов вентилей (до 6 мм) золот

ник в форме «тарелки» или «пробки» с успехом может быть заменен

конусом. Они могут быть как запорными (рис. 2.171

а), так и регулирую-

щими (рис. 2.171

б, в). Эта конструкция вентилей имеет преимущества:

отсутствие седел; герметизация прохода обеспечивается по поверхности

конуса; в процессе эксплуатации с увеличением срока непрерывной

работы герметичность прохода не уменьшается, так как плунжер до

статочно «притирается» к уплотнительной поверхности, полученной

при обработке корпуса

Такие вентили имеют и существенные недостатки: невозможность

применения для регулирования потоков загрязненных сред; необхо

димость тщательной обработки и индивидуальной пригонки конусов,

что усложняет их производство и исключает взаимозаменяемость; воз

можность заедания затвора.

Расходная характеристика запорно-регулирующих игольчатых вен

тилей близка к линейной. Игольчатые вентили широко применяют

в регулировании и дросселировании малых потоков газов при боль

ших величинах перепадов давлений на дроссельном устройстве. В этих

условиях они имеют достаточно высокие эксплуатационные характе

ристики.

Регулирующий игольчатый вентиль (рис

. 2.171в) состоит из корпу-

са

1, в который ввинчена крышка 3 с сальником 4, затягиваемым гайкой

5. Шпиндель выполнен вместе с золотником-плунжером 2. Ходовую

гайку заменяет резьба, нарезанная во внутренней полости крышки. На

шпиндель надет маховик

6. В качестве дроссельного устройства служат

коническое отверстие в корпусе и конический конец шпинделя

В конструкции углового вентиля (рис. 2.171

б) удалось обойтись без

крышки за счет увеличения диаметра сальника. Этот вентиль пред

назначен для перекрывания потока воздуха или газа при давлениях

0,4 МПа.

2.6.5.6. Краны

Кран — запорное устройство, в котором подвижная деталь затвора

(пробка) имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска по

тока, для перекрытия которого вращается вокруг своей оси.

278

Любой кран имеет две основные детали: неподвижную (корпус)

и вращающуюся (пробку).

Классификация кранов

В зависимости от геометрической формы

уплотнительных поверх-

ностей пробки и корпуса (затвора) краны разделяют на три основных

типа:

— конические (рис

. 2.172a);

— цилиндрические (рис

. 2.172б);

— шаровые, или со сферическим затвором (рис

. 2.172в).

Однако краны классифицируют и по другим конструктивным при

знакам, например: по способу создания удельного давления на уплотни

тельных поверхностях, по форме окна прохода пробки, по числу прохо

дов, по наличию или отсутствию сужения прохода, по типу управления

и привода, по материалу уплотнительных поверхностей и т. д

Конические краны

Конусность пробки (корпуса) конических кранов в практике оте-

чественного и зарубежного арматуростроения принимают обычно 1 : 6

или 1 : 7. При назначении конусности руководствуются следующими со

ображениями: чем меньше угол конусности, тем меньшее осевое усилие

Рис. 2.172. Краны:

а — конический; б — с цилиндрическим затвором:

1 — пробка; 2 — корпус, 3 — сальник, 4 — крыш-

ка; в — шаровой со смазкой:

1 — уплотнительное кольцо; 2 — крышка; 3 — пробка; 4 — корпус;

5 — привод

279

вдоль пробки требуется для создания на уплотнительных поверхностях

необходимого удельного давления, обеспечивающего герметичность.

Однако при этом возрастает опасность заклинивания пробки в корпусе

и возможность задира уплотнительных поверхностей. При увеличении

угла конусности наблюдается обратная картина

Поэтому краны из материалов, имеющих хорошие антифрикцион

ные свойства (например, чугун, латунь, бронза), имеют конусность 1 : 7:

при этом легче создать необходимое удельное давление на уплотнитель

ных поверхностях и получить требуемую герметичность.

Краны, изготовленные из труднопритирающихся материалов, а так

же из материалов, склонных к задиранию, имеют, как правило, конус

ность 1 : 6.

Как уже указывалось, для достижения герметичности в затворе не

обходимо создать определенное удельное давление между корпусом

и пробкой. В зависимости от способа создания этого давления краны

с коническим затвором можно подразделить на основные конструктив

ные типы: натяжные, сальниковые, краны со смазкой и краны с при

жимом (или с подъемом) пробки.

Натяжные краны

Натяжные краны — из конических кранов простейшие по своей

конструкции. Их подразделяют по способу создания удельного давле

ния между корпусом и пробкой.

Кран с затяжкой резьбовым со

единением (рис. 2.17

3) состоит

из корпуса

1, пробки 2, упорной

шайбы

3 и натяжной гайки 4.

Пробка сверху имеет хвостовик

с квадратом, на который наки

дывается ключ для управления

краном, снизу — ось с резьбой.

Упорная шайба садится на ось

пробки и вращается вместе с ней

благодаря одной или двум лыс-

кам, через которые передается

вращение от пробки. При затяж

ке гайки шайба образует опору,

в которую упирается гайка, и

передает усилие затяжки на

нижний торец корпуса. Кроме

того, на шайбе имеются обычно

Рис. 2.163. Натяжной муфтовый кран

с резьбовой затяжкой:

1 — корпус, 2 — пробка, 3 — упорная шайба, 4 — на

тяжная гайка, 5 — выступ, 6 — упор

280

выступы 5, которые вместе с упорами 6 на корпусе крана ограничивают

поворот пробки в пределах 90° (от открытого до закрытого положения).

Преимущество кранов с затяжкой через резьбу заключается в прос-

тоте конструкции, в отсутствии такого сравнительно сложного в изго

товлении и нестабильного по свойствам элемента, как пружина, а также

в удобстве и простоте регулировки усилия затяжки.

Сальниковые краны

Сальниковые краны (рис. 2.174) характеризуются не наличием саль

ника вообще, а тем, что необходимые для герметичности удельные дав

ления на конических уплотнительных поверхностях корпуса и пробки

создаются при затяжке сальника. Усилие затяжки сальника передается

на пробку, прижимая ее к седлу.

Конический сальниковый кран состоит из корпуса

1, пробки 2, под-

набивочной шайбы 3, набивки 4 и сальника 5.

Затвор и сальниковый узел герметизируют затяжкой гаек анкерных

болтов 7. В сальниковых кранах с условным проходом 40 мм и выше

обычно применяют отжимной болт

8. При слишком сильной затяжке

сальника пробку трудно повернуть. Назначение болта

8 — слегка отжать

пробку для облегчения поворота. Однако практически при перетяжке

сальника отжать пробку болтов не всегда удается. При этом приходит

ся ослаблять еще и затяжку сальниковых болтов. Поэтому отжимной

болт в основном используют для отжима пробки при заклинивании

или «прикипании» конической пары (такие случаи бывают, когда кран

долго не срабатывает). Применение отжимного болта имеет недостаток:

создается лишнее отверстие в корпусе, через которое возможен пропуск

среды. Для повышения надежности конструкции иногда используют

контргайку или цилиндри-

ческую крышку с герметизи

рующей прокладкой.

Сальниковые краны обес-

печивают более надежную за

щиту от утечки рабочей среды

в атмосферу (благодаря сальни

ку), но имеют быстро изнаши

вающийся элемент – мягкую

набивку. В связи с этим саль

никовые краны применяют на

более высокие параметры сре

ды по сравнению с натяжными

кранами. Однако сальниковые

Рис. 2.174. Конический сальниковый кран:

1 — корпус; 2 — пробка; 3 — поднабивочная шайба;

4 — набивка; 5 — сальник; 6 — гайка; 7 — анкерный

болт; 8 — отжимной болт