Борщенко П.И. Слесарь по ремонту запорных кранов на МГ и газовых промыслах

Подождите немного. Документ загружается.

П.И.БОРЩЕНКО

СЛЕСАРЬ

ПО РЕМОНТУ

ЗАПОРНЫХ ХРАНОО

НА МАГИСТРАЛЬНЫХ

ГАЗОПРОВОДАХ

И ГАЗОВЫХ

ПРОМЫСЛАХ

Одобрено Ученым советом Государственного комитета СССР

по профессионально-техническому образованию

в качестве учебника для подготовки рабочих на производстве

МОСКВА

«НЕДРА»

1983

раз

>еду-

)ВОД-

сте-

гуры,

тлах,

ДЛЯ"

регу-

[ания

орти-

нный

горой

части

еских

о от-

——^-—»

, вы-

фной

03ИЮ

нсата

шола,

зрная

гер-

тнрго

ления

!лнче-

1ей и

р за-

)вода,.

атура

ющей

через

•ечек)

укция

мату-

лении

ве-

файл скачан с www.turbinist.ru

УДК 622.691.4.05.004.67

Борщенко Л. И. Слесарь по ремонту запорных кра-

нов на магистральных газопроводах и газовых про-

мыслах. Учебник для профтехобразования. М..

Недра, 1983, с. 206.

Приведены сведения по классификации, устройству

и ремонту запорных газовых кранов; рассмотрены

вопросы износа деталей кранов и пути повышения

их долговечности; даны основы диагностики газовых

кранов; особое внимание уделено их ремонту.

Для подготовки рабочих на производстве, а

также может быть использован учащимися профес-

сионально-технических учебных заведений.

Т»бл. 7, ил. 54, список лит.— 11 назв.

Рецензенты: инж. В. А. Широков (МИНХиГП

им. И. М. Губкина), инж. В. К. Суринович (ПО

«Союзоргэнергогаз>)

3608000000—135

043(01)—83

Издательство «Недра», 1983

ВВЕДЕНИЕ

«Основными направлениями экономического и социального раз

вития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» преду-

смотрено «повысить качество строительства объектов трубопровод-

ного транспорта и обеспечить их надежную работу.»

Эксплуатаци-

онная надежность магистральных газопроводов в значительной сте-

пени определяется надежной работой трубопроводной арматуры,

т. е. приспособлений, которые монтируют на трубопроводах, котлах,

резервуарах и других устройствах, находящихся под давлением, для-

включения и отключения отдельных участков трубопровода, регу-

лирования расхода и давления среды, указания и регулирования

уровней жидкостей, изменения направления движения транспорти-

руемой до трубопроводам среды и т. д. Наиболее распространенный

вид трубопроводной арматуры — запорная арматура, к которой

относят устройства, предназначенные для отключения одной части

трубопровода от другой, включения и отключения технологических

установок, аппаратов и сосудов.

К особенностям работы магистральных газопроводов можно от-

нести высокое давление транспортируемого газа (до 10 МПа), вы-

сокую температуру газа (до 120 °С) на выходе из компрессорной

станции (КС), наличие в газе компонентов, вызывающих коррозию

металла (углекислый газ, сероводород), газового конденсата

(до 1000 т/и

), сконденсированной минерализованной воды, метанола,

диэтиленгликоля и механических примесей (до 50 г на 1000 м* газаХ..

размеры частнцтшторых достигают 1 мм. В связи с этим* запорная

арматура магистральных газопроводов должна обеспечивать гер-

метичное отключение от технологических трубопроводов дефектного-

участка газопровода, сосуда или аппарата во избежание поступления

к месту проведения ремонтных работ газа, минимальное гидравличе-

ское сопротивление, возможность прохождения очистных ершей и

продувочных шаров при эксплуатации газопровода (диаметр за-

порного устройства должен соответствовать диаметру -трубопровода,.

к которому оно подсоединено). Помимо этого запорная арматура

должна иметь хорошую герметичность относительно окружающей

среды (в соединениях с трубопроводом, разъемах корпуса и через

уплотнения, полуосей затвора арматуры не должно быть утечек)

и длительное время сохранять работоспособность. Ее конструкция

должна позволять быстро открывать и закрывать запорную армату-

ру, не осложнять обслуживания и ремонта. При ручном управлении

запорной арматурой усилия не должны превышать допустимых ве-

личин.

Материалы XXVI съезда КПСС. М., Политиздат, 1981, с. 172.

файл скачан с www.turbinist.ru

Применяемую на магистральных газопроводах запорную арма-

туру различают по конструктивным особенностям, условным про-

ходу и давлению, типу привода и ряду других признаков. Запорная

арматура каждого вида состоит из трех основных элементов:

запорного устройства, привода и системы управления. Запорное уст-

ройство представляет собой закрытый герметичный корпус, внутри

которого размещен затвор. Корпус обычно имеет два (иногда и более)

присоединительных конца, при помощи которых он прочно закреп-

ляется на трубопроводе. Затвор предназначен для герметичного раз-

общения частей трубопровода. Он состоит из седла и запорного тела,

которые при герметичном разобщении частей трубопровода сопри-

касаются по поверхности, называе-

мой уплотнительной, и образуют за-

порную пару. Привод — это исполни-

тельный механизм, перемещающий

запорное тело внутри запорного

устройства относительно седла из

закрытого положения в открытое и

наоборот. Система управления слу-

жит для подачи дистанционного

или местного управляющего сигна-

ла к исполнительному механизму

с целью установки затвора в откры-

тое или закрытое положение.

Конструктивные особенности за-

порных устройств определяются на-

правлением перемещения запорно-

го тела относительно седла. Разли-

чают следующие типы запорных

устройств (запорной арматуры):

вентильный (рис. 1, а), при ко-

тором запорное тело, представляющее собой затвор (золотник) 1,

перемещается поступательно вдоль оси прохода седла; запорный

узел такого типа называют вентилем, он имеет незначительный коэф-

фициент трения, для него требуются приводы небольшой мощности,

однако изменение направления потока создает в вентилях повышен-

ное гидравлическое сопротивление;

задвцж^даы!^ (рис. 1, б), при котором запорное тело, представ-

ляющее собой клин или диск 2, перемещается в плоскости, перпен-

дикулярной к оси прохода седла, и скользит по седлу; запорные

устройства, работающие по этой схеме, применяют в задвижках раз-

личных моделей; задвижки имеют небольшое гидравлическое сопро-

тивление и незначительный коэффициент трения, который может

быть снижен еще больше при использовании различных смазок (по-

мимо этого смазка герметизирует затвор);

крановый (рис. 1, в), при котором запорное тело, представляю-

щеё сибии пробку 3, вращается в корпусе вокруг своей- оси; харак-

терная особенность запорного устройства этого вида (например

пробкового крана) — постоянный контакт запорного тела с седлом,

что обусловливает относительно высокий коэффициент трения, кото-

Рис. 1. Типы запорных устройств:

о —вентильный; б— задвнжечный; в —

крановый; г — заслоночный; / — затвор

(золотник); 2 —клин или диск; 3 —проб-

ка; 4 — поворотный затвор

1."'

рый можно снизить с помощью уплотнительных смазок; к арматуре

этого типа относят шаровые краны, в которых запорное тело, имею-

щее форму шара, находится в постоянном контакте с двумя седлами;

заслоночный (рис. 1, г), в этом случае поворотный эатвор 4 пред-

ставляет собой диск, вращающийся вокруг оси, которая перпенди-

кулярна к оси трубопровода; запорные устройства этого вида широ-

ко применяют в обратных клапанах.

Условный проход — одна из основных характеристик запорной

арматуры. Под условным проходом арматуры, фитингов и трубопро.-.

водов понимают минимальный внутренний диаметр указанных

деталей, запорной арматуры—минимальный внутренний диаметр при-

соединительных концов. Условный проход обозначают через D

(например условный проход 100 мм запишем так: D

100 мм).

Условные проходы (в мм) для стальных и чугунных труб, арматуры,

фитингов, а также для деталей машин, приборов и аппаратов, сое-

диняемых с трубами и арматурой, могут быть следующими: 3, 6, 10,

15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400,

500, 600, 700, 1000, 1200, 1400, 1600, 2000, 2400, 3000, 3400, 4000.

Условные проходы 32, 40, 65, 125, 350, 600 мм применяют редко.

Правильность выбора диаметра проходного канала запорной ар-

матуры особо важна в том случае, когда трубопровод, на котором

смонтирована арматура, подвергается периодической внутренней

очистке скребками. По форме и сечению проходного канала запор-

ную арматуру можно разделить на две группы: с полностью или

частично открывающимся каналом. Арматура с полностью откры-

вающимся каналом может быть полнопроходной и полнооткрываю-

щейся. Полнопроходная арматура (клиновые и параллельные за-

движки, многие шаровые и некоторые пробковые краны) имеет ци-

линдрический проходной канал, диаметр которого соответствует внут-

реннему диаметру трубопровода. Такая арматура характеризуется

очень незначительным гидравлическим сопротивлением, обусловли-

вает минимальную турбулентность потока, меньше, чем полнооткры-

вающаяся арматура, загрязняется механическими частицами, содер-

жащимися в газе, и обеспечивает беспрепятственное прохождение

скребков, шаров и других очистных устройств. Полнооткрывающаяся

арматура (многие пробковые краны, вентили, некоторые шаровые

" краны и задвижки, арматура с проходным каналом в виде трубки

Вентури) имеет канал, который по конфигурации и площади попе-

речного сечения отличается от канала трубопровода. Применение

такой арматуры целесообразно в том случае, когда повышенный

перепад давления, связанный с уменьшением площади сечения про-

ходного канала по сравнению с площадью сечения присоединитель-

ных концов, не влияет на режим работы газопровода. Примером

запорной арматуры с частично открывающимся каналом является

трехходовой обратный клапан.

Условное давление (ГОСТ 356—80) зависит от рабочего давле-

ния, на которое рассчитано запорное устройство, температуры среды

и свойств материала. За условное давление принимают наибольшее

допустимое рабочее давление среды при температуре до 200°С —

для стали, до 120 °С — для чугуна, бронзы и латуни. Запорную

файл скачан с www.turbinist.ru

врматуру и соединительные части трубопроводов следует изготовлять

На условные давления (в МПа): 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,4;

75; 80; 100; 160; 200; 250. Условное давление обозначают через р

(например условное давление 80 МПа запишем так: р

==80 МПа).

С повышением температуры среды допускаемое рабочее давление

снижается пропорционально изменению механических свойств метал-

ла. Прочность запорной арматуры, соединительных частей и трубо-

проводов следует проверять под пробным давлением, т. е. под избы-

точным давлением, при котором арматуру подвергают гидравличе-

скому испытанию на прочность и плотность материала водой при

температуре ниже 100 °G. Пробное давление р

р зависит от условно-

го давления (Рщ>«*1,5р

). В особых случаях, например, когда арма-

тура испытывает динамические нагрузки (гидравлические удары,

вибрацию, пульсирующие давления) или когда по трубопроводу

перекачивают коррозионно активный продукт, рабочее давление уста-

навливают органы технического надзора по специальным техниче-

ским условиям с поправочными коэффициентами.

Методы испытаний арматуры на прочность и герметичность, их

продолжительность, возможность замены воды другими средами,

а также испытательное давление на герметичность устанавливаются

стандартами на изделие или техническими условиями.

£др.дцненив труб с запорной арматурой может быть разъемным

(муфтовым, цапковым, фланцевым) и неразъемным (сварным, па-

яным). Сварное соединение достаточно надежно с точки зрения проч-

ности и герметичности. Однако к арматуре, присоединяемой сваркой,

предъявляют особые требования: максимальный срок службы при

минимальном (по числу и стоимости) текущем ремонте, свободный

доступ к наиболее изнашивающимся узлам.

Самое распространенное соединение арматуры с аппаратурой и

трубопроводами — фланцевое соединение, размеры которого выбира-

ют в соответствии с государственными стандартами.

Арматура с муфтовым соединением может быть резьбовой или

присоединяемой быстросъемными накидными муфтами. Муфтовую

резьбовую арматуру (с внутренней или наружной резьбой) приме-

няют в том случае, когда в схеме монтажа предусмотрено достаточ-

ное пространство для работы с гаечными или газовыми ключами.

Арматуру со специальными накидными быстросъемными муфтами

чаще всего используют для соединения тонкостенных труб, где

практически нельзя использовать муфтовые или фланцевые соедине-

ния. Муфтовые соединения применяют в основном для трубопрово-

дов и арматуры диаметром до 50 мм.

Привод арматуры, выпускаемой отечественной промышленностью,

может быть ручным, электрическим, пневматическим, электродви-

гательным, гидравлическим или электромагнитным (соленоидным).

Арматуру с ручным приводом применяют на трубопроводах неболь-

ших диаметров или при редком открытии (закрытии) ее в процессе

эксплуатации. В зависимости от требуемого усилия и скорости сра-

батывания запорного устройства привод осуществляют через шесте-

ренчатый (червячный) редуктор или при помощи ручного насоса.

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАПОРНЫХ ГАЗОВЫХ КРАНАХ

Краном называют запорное устройство, в котором подвижная

деталь затвора имеет форму тела вращения с отверстием для про-

пускания потока и при его перекрытии вращается вокруг своей оси,

перпендикулярной к направлению потока. Кран состоит из двух

основных деталей: неподвижной — корпуса и вращающейся — проб-

ки. В зависимости от конструкции затвора краны бывают кониче-

скими, цилиндрическими, сферическими или шаровыми; от характера

движения пробки — с вращением пробки без подъема и с подъемом

ее перед поворотом и последующим опусканием (прижимом после

поворота); по способу присоединения к трубопроводу — фланце-

выми, муфтовыми, цапковыми, с концами под приварку и специаль-

ными; по форме и сечению проходного канала — полнопроходными

и с суженным проходом, а также со смазкой и без смазки. Краны

могут иметь ручное управление, гидравлический, пневматический,

пневмогидравлический и электрический приводы. Помимо этого их

различают по конструкции и материалу корпуса, рабочему давлению,,

условному проходу, наличию обогрева, направлению потока, числу

патрубков и т. д. По сравнению с другими видами запорной армату-

ры краны обладают следующими преимуществами: крутящий

момент привода (ключа, штурвала и др.) в них передается непосред-

ственно на пробку (в других видах запорной арматуры для обеспече-

ния поступательного перемещения запирающей детали имеется, как

правило, резьбовая пара); прямоточность движения потока через

отверстие в пробке и вследствие этого малое гидравлическое сопро-

тивление; компактность (пробка кранов в отличие от подвижных де-

талей вентилей и задвижек, перемещающихся поступательно, вра-

щается вокруг оси, не перемещаясь в пространстве); при работе

поверхность пробки не отрывается от корпуса и уплотнительные по-

верхности остаются замкнутыми, что значительно уменьшает эрозию

уплотнительных поверхностей и опасность попадания на поверхность

контакта посторонних частиц; возможность использования при ма-

лом давлении кранов, имеющих небольшой диаметр условного про-

хода, для регулирования потока.

КОНИЧЕСКИЕ КРАНЫ

Конусность пробки (корпуса) конических кранов обычно прини-

мают равной 1 : 6 или 1 : 7. При выборе конусности руководствуются

следующими соображениями: чем меньше угол конусности, тем мень-

шее осевое усилие вдоль пробки требуется для созданий на уплот-

нительных поверхностях необходимого удельного давления, обеспе-

чивающего герметичность. В зависимости от способа создания этого

файл скачан с www.turbinist.ru

10 II

давления краны с коническим затвором можно разделить на натяж-

ные, сальниковые, с прижимом (или подъемом) пробки, со смазкой.

Натяжные конические краны по способу создания удельного давле-

ния между корпусом и пробкой подразделяют на краны с затяжкой

резьбовым соединением с пружиной и с затяжкой через упругую

прокладку. Сальниковые краны характеризуются тем, что необходи-

мые для герметичности удельные давления на конических уплотни-

тельных поверхностях корпуса и пробки создаются при затяжке

сальника. Усилие затяжки сальника передается на пробку, прижимая

ее к седлу.

При давлении среды более 4 МПа на пробку крана действуют

•большие усилия, прижимающие ее к уплотнительной поверхности

корпуса. Эти усилия пропорциональ-

ны квадрату диаметра проходного

сечения, поэтому при средних и

больших диаметрах проходных се-

чений крутящие моменты, необхо-

димые для перестановки затвора,

резко увеличиваются. Помимо это-

го при высоких давлениях среды

удельные давления на уплотнитель-

ных поверхностях возрастают до

таких величин, при которых появ-

ляется опасность задирания контак-

тирующих поверхностей при пово-

роте пробки. В таких случаях,

а также при необходимости защиты

уплотнительных поверхностей от

коррозии используют конические

краны со смазкой (рис. 2), состоя-

Рис. 2. Конический кран со смазкой Ш

ие из

корпуса 3, крышки 10, на-

бивки 4. и сальника 5, регулируемо-

го болтами 6. Смазку набивают в

центральный осевой канал хвосто-

вика пробки. При завинчивании набивочного болта 7 смазка через

вертикальное сверление продавливается в кольцевой паз 11 на проб-

ке, а оттуда через четыре продольных паза / на пробке в нижний

кольцевой паз на корпусе. В процессе работы крана смазка частично

продавливается в проход, поэтому ее периодически необходимо

добавлять. Для предотвращения продавливания смазки через цент-

ральный осевой канал при вывинчивании набивочного болта 7 ис-

пользуют шариковый обратный клапан 9. Иа нижнего кольцевого

паза смазка попадает в полость 12. Шпиндель 8 выполнен заодно с

пробкой 2. В корпусе 3 его устанавливают в необходимом положении

через крышку 10 болтами.

ШАРОВЫЕ КРАНЫ

Шаровые

ны, как и конические, обладают прямоточностью,

низким гидравлическим сопротивлением, постоянным контактов

уплотнительных поверхностей, малыми габаритными размерами.

••?"•'

Пробка и корпус этих кранов имеют сферическую поверхность, бла«

годаря чему они характеризуются меньшими, чем у конических

кранов, размерами и массой и большими прочностью и жесткостью.

В шаровых кранах отсутствуют ребра жесткости, усложняющие

технологию отливки и увеличивающие массу всего устройства. Кроме

того, краны со сферическими затворами обеспечивают более высокую

герметичность.

Наиболее трудоемкие операции при изготовлении кранов —

механическая обработка и притирка уплотнительных поверхностей кор-

пуса и пробки. Уплотнительные поверхности корпусов шаровых кра*

нов выполняют в виде колец или седел, размеры которых во многф

раз меньше размеров уплотнительных поверхностей пробок. В ша*

ровых кранах с кольцами, имею-

щими мягкие уплотнения, необ-

ходимость в притирке уплотни-

тельных поверхностей отпадает

вообще. Пробку обычно хромиру-

ют или полируют.

Дополнительная герметизация -

шаровых затворов в кранах с

большими диаметрами проход-

ных сечений, которые предназна-

Рис. 3. Затвор с плавающим шаром

чены для установки на газопро-

водах, рассчитанных на большие

условные давления и низкие

отрицательные температуры, достигается за счет подачи уплотнитель-

ной смазки (пасты). Шаровой затвор представляет собой узел, со-

стоящий из шара, двух уплотняющих седел и поворотного штока

(шпинделя). Несмотря на простоту схемы и принципа действия кон-

структивное решение этих узлов отличается большим разнообразием.

По способу установки шара и уплотнительных седел можно выделить

три -основных типа шаровых затворов: с плавающим шаром, Шаром

на опорах и с плавающим шаром и подпружиненной плавающей

втулкой. Выбор типа затвора зависит от рабочего давления среды

и диаметра условного прохода крана.

Принцип работы затвора с плавающим шаром (рис. 3) заключа-

ется в следующем. В корпусе / расположены два уплотнительных

седла 5, между которыми штуцерами 6 зажимается стальной или

бронзовый шар 3, имеющий сквозное отверстие,' диаметр которого,

равен внутреннему диаметру трубопровода. С помощью штока шар

может поворачиваться в уплотнительных седлах. В открытом поло-

жении отверстия шара и трубопровода совпадают, обеспечивая про-

текание рабочей среды с минимальным гидравлическим сопротивле-

нием. При повороте штока на четверть оборота (на 90°) отверстие

шара устанавливается перпендикулярно к проходному отверстию

крана. Давлением среды шар прижимается к заднему седлу, чем

обеспечивается полная герметичность затвора. Седла 5 уплотняются

с корпусом 1 прокладками из резины 2, а с шаром 3 — тефлоновый

кольцом 4.

Затворы с плавающим шаром ранее применялись в кранах а

файл скачан с www.turbinist.ru

диаметром условного прохода до 1000 мм. В настоящее время их

используют только для кранов с малым проходным сечением (D

<100 мм) при давлениях рабочей среды до 10 МПа. Основное пре-

имущество таких затворов — простота и компактность, что определяет

высокую надежность в эксплуатации и малую металлоемкость крана.

Им отдают предпочтение в тех случаях, когда материал седел вы-

держивает нагрузку от шара, так как вся нагрузка, которую воспри-

нимает шар от давления рабочей среды, передается на седла. Не-

обходимые герметичность и надежность работы затворов такого типа

-могут быть обеспечены при выполнении следующих требований:

удельные нагрузки на поверхности контакта шара и седла должны

быть достаточно высокими для уплотнения, но не выше удельных

давлений, допускаемых материалом седла;

посадка седла в гнездо должна быть герметичной, иначе седло

буд§£ пропускать среду по торцовой поверхности гнезда (для вы-

полйёния этого требования на торцовой поверхности гнезда рекомен-

дуется делать концентрические канавки треугольного профиля с углом

при вершине 60° и глубиной 1—2 мм);

шар должен иметь правильную геометрическую форму и высокую

чистоту обработки поверхности (по 2- и 3-му классам точности с ше-

роховатостью не ниже 9-го класса, для увеличения твердости и изно-

соустойчивости поверхность шара подвергают термической обработке

с последующим хромированием);

уплотнительные седла должны быть выполнены из пластичного

материала, который, обеспечивая плотное прилегание, не повредит

уплотнительную поверхность шара; помимо этого материал должен

быть достаточно прочным, чтобы выдерживать высокие удельные

нагрузки.

Один из наиболее универсальных материалов, применяемых для

изготовления седел,— фторопласт-4, имеющий низкий коэффициент

сухого трения, высокую химическую стойкость, широкий диапазон

рабочих температур. Если крайы рассчитаны на работу при высоких

давлениях, для изготовления седел используют фторопласт-3, имею-

щий по сравнению с фторопластом-4 более высокие механические

свойства и лишь незначительно уступающий ему по химической стой-

кости. Для изготовления затворов, работающих при высоких давле-

ниях на неагрессивных жидкостях и газах, широко применяют

капрон. Резиновые седла обладают наилучшей уплотняющей способ-

ностью, однако они могут быть применены в затворе с плавающий

шаром только при р<2,5 МПа.

В нормально работающем затворе с плавающим шаром уплотне-

ние обеспечивается седлом, расположенным за шаром, за счет гер-

метичного прилегания к сферической и торцовой поверхностям.

Седло, расположенное перед шаром, давлением газа может отжи-

маться От торцовой поверхности и изгибаться. В этом случае ра-

бочая среда будет проходить через образовавшийся зазор в полость

шарового затвора. Во избежание повреждения седло перед шаром

необходимо Надежно закреплять в корпусе, например с помощью

-пружинного кольца, вставляемого в канавку, двумя полукольцами

с внутренними буртами, плавающим бронзовым кольцом, надетым

на шар, резьбовой втулкой и т. д.

Надежность работы и срок службы затвора с плавающим ша-

ром, выполненного без подпружинивающих элементов, во многом

зависят от правильно выбранной предварительной затяжки уплотни-

тельных седел: если затяжка недостаточна, не обеспечивается герме-

тичность затвора при малых давлениях, если она чрезмерна, увели-

чивается момент трения шара, что может привести к пластической

деформации материала седел. Основное условие правильной работы

седел при затяжке без подпружинивающих колец — посадка их в

гнезде с гарантированным зазором. Считается, что при затяжке

затвора седло равномерно растягивается шаром в пределах упругой

деформации и при полной компенсации зазора занимает нормальное

рабочее положение. Величину зазора выбирают с учетом растяжения

седла при предварительном поджатии, т. е. в пределах суммарных

упругих деформаций.

Краны с жестким предварительным поджатием затвора с плава-

ющим шаром наиболее просты по устройству и обеспечивают герме-

тичность перекрытия потока в двух направлениях. Уменьшение под-

жатия по мере износа седел приводит к нарушению герметичности

затвора при малых давлениях. Для восстановления поджатая необхо-

дима периодическая подтяжка седел резьбовыми втулками.

Затворы с шаром на опорах (рис. 4) конструктивно более слож-

ные. В основном их применяют в кранах с большими диаметрами

условного прохода (до 1600 мм), которые рассчитаны на давление

до 70 МПа. Перенос опорных усилий с уплотнительных седел на

полуоси шара позволяет значительно уменьшить момент, необходи-

мый для поворота пробки. При правильном выборе уплотнительных

элементов затвор данного типа обеспечивает герметичность пере-

крытия потока в двух направлениях. Затвор с шаром на опорах

может быть выполнен по двум схемам: с уплотняющим седлом перед

шаром и за ним.

Принцип работы затвора с уплотняющим седлом перед шаром

(рис. 4, а) заключается в следующем. Шар 3, выполненный как одно

целое с полуосями, может свободно поворачиваться в двух опорных

подшипниках 4 (скольжения или качения). Уплотнительные седла 5

расположены в плавающих втулках 6, которые уплотняются в корпу-

се кольцами 2. Седла затвора предварительно поджимаются ком-

плектом пружин /. Седло, расположенное со стороны входа, при

закрытом затворе прижимается к шару давлением среды р, действу-

ющим на кольцевую поверхность, которая ограничена окружностями

с диаметрами d и Di. Противоположное седло в уплотнении затвора

не участвует. При подаче давления р с противоположной стороны

функции седел меняются. Нагрузка на опоры определяется рабочим

давлением на входе в затвор, действующим на площадь, ограничен-

ную диаметром D\. Надежность работы затвора в значительной сте-

пени зависит от соотношения диаметров d

и D\, где d

=(D

-{-

+ d) /2 — средний диаметр уплотнительной поверхности седла. Если

величина D\ по отношению к d

недостаточна, затвор не обеспечит

файл скачан с www.turbinist.ru

надежной герметичности. Если величина £>i по отношению к d

велика, произойдет перегрузка уплотнительного седла и уплотнитель-

ных колец, что приведет к увеличению момента, необходимого для

поворота затвора. Конструктивное отличие eatBopa С уплотняющим

седлом за шаром (рис. 4, б) от затвора с уплотняющим седлом

перед шаром заключается в том, что он имеет плавающие втулки,

у которых диаметр уплотнения Ьг меньше среднего диаметра сед-

ла d

. Для обеспечения этого условия внутренний диаметр седла

должен быть больше диаметра проходного отверстия в шаре d

с -т.

Рис. 4. Затвор с шаром на опорах

В закрытом кране седло перед шаром в уплотнении не участвует»

так как оно отжимается от шара давлением среды. Седло за шарои>

наоборот, прижимается давлением среды к шару, обеспечивая выев*

кую герметичность затвора и уменьшение нагрузки на опорные йОЩ*

шипники шара,

I i

г з

• Затворы с шаром на опорах по сравнению с затворами с плава-

ющим шаром имеют следующие преимущества: с уплотняющим

седлом перед шаром — при закрытом затворе уплотнение шпинделя

и большая часть корпуса крана не нагружены внутренним давлени-

ем; с уплотняющим седлом за шаром — значительное снижение на-

грузки на опорные подшипники,- уменьшение суммарного момента

трения в затворе.

Затворы с уплотняющим седлом перед шаром характеризуются

значительным крутящим моментом, необходимым для поворота шара,

и высокими нагрузками на опорные подшипники в результате уве-

личения эффективной площади, на

которую действует давление,

В СССР и за рубежом они получи-

ли наибольшее распространение.

Затвор с плавающим шаром и

подпружиненной плавающей втул-

кой (рис. 5) позволяет компенсиро-

вать износ уплотнительных поверх-

ностей колец, а также температур-

ные изменения, которые могут наб-

людаться при работе крана (за счет

подпружиненной втулки). В корпу-

се 4 расположен плавающий шар 5,

который с одной стороны поддер-

живается седлом 6, жестко установ-

ленным в корпусе, а с другой-

подпружиненным седлом 7, встав-

ленным в плавающую втулку 8. Втулка уплотняется в корпусе

кольцом 2 и прижимается к шару пружинами 1. В исходном поло-

жении между втулкой 8 и торцом крышки 3 должен быть обеспечен

зазор с, равный 0,5—1 мм. При наличии давления в полости А и

закрытом затворе подпружиненное седло 7 прижимается к поверх-

ности шара давлением среды, действующей на площадь

S=JI(Z>I

—

—d

)/4. При этом вся нагрузка, приходящаяся на шар и втулку 8,

воспринимается седлом 6. В данном случае затвор уплотняется как

седлом 7, так и седлом 6. Уплотнение по двум седлам гарантирует

высокую герметичность затвора. Если при закрытом затворе давле- "

ние возникает в полости Б, шар сдвигается влево на величину зазо-

ра с. При этом подпружиненное седло 7 обеспечивает герметичность

затвора и воспринимает всю нагрузку от шара.

Рассмотренный затвор характеризуется повышением момента тре-

ния по сравнению с обычным плавающим шаром, что связано с уве-

личением эффективной площади, на которую действует давление

среды (в затворе с плавающим шаром рабочая среда действует на

площадь Si = tb

p/4

в затворе с плавающим шаром и подпружи-

ненной плавающей втулкой S

= n£>

/4), и повышением нагрузки на

опорном кольце, так как S2>Si.

В связи с тем, что шаровые краны на магистральных газопрово-

дах работают при высоких давлениях и в широком диапазоне

температур транспортируемого газа и окружающего воздуха, детали ,

кой

файл скачан с www.turbinist.ru

их корпуса подвергаются сложным механическим и температурным

воздействиям. Нагрузки, воспринимаемые корпусами кранов, можно

разделить на основные (создаваемые давлением среды и затяжкой

фланцевых соединений) и дополнительные (возникающие при гид-

равлических ударах, температурных деформациях, вибрации трубо-

проводов и т. п.). По этой причине корпуса шаровых кранов долж-

ны иметь достаточные прочность и жесткость, полную внешнюю гер-

метичность, минимальное число разъемов, легко собираться и разби-

раться. Шаровые затворы наиболее полно удовлетворяют перечислен-

ным требованиям: приближение внутренних полостей корпусов к

простейшим геометрическим формам позволяет создавать высоко-

прочные легко уплотняемые конструкции, а соосное расположение

присоединительных фланцев — воспринимать большие температур-

ные нагрузки и нагрузки от трубопроводов. Корпуса шаровых кра-

нов могут быть сплошными или сварными; состоящими из двух ча-

стей с одним вертикальным или горизонтальным разъемом, из трех

частей с двумя разъемами.

Работа подшипников в шаровых затворах характеризуется следу-

ющими условиями: трудность смазки, малая частота вращения при

высоких нагрузках, поворот вала в подшипнике на угол не более 90°,

длительные перерывы в работе. В связи с этим в шаровых затворах

используют подшипники без смазки, изготовленные из наполненных

фторопластов или комбинированных антифрикционных материалов..

Подшипники качения применяют крайне редко.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ШАРОВЫМ КРАНАМ

Запорно-отключающую арматуру, установленную на магистраль-

ных газопроводах, в зависимости от выполняемых технологических

функций подразделяют на арматуру линейной части газопровода;

в обвязках КС, газораспределительных станций и подземных храни-

лищ газа; газоперекачивающих агрегатов; основного технологическо-

го и вспомогательного оборудования КС Различие технологических

функций обусловливает и различие условий работы запорной арма-

туры, накладывает на конструкцию корпуса, затвора, силового при-

вода и системы управления ряд специфических требований. Запор-

ная арматура на магистральных газопроводах в основном работает

в статическом режиме, т. е. в полностью открытом или закрытом

положении, и лишь незначительное время в динамическом режиме

(при перестановке затвора). Цикличность работы запорной армату-

ры зависит от выполняемой ею технологической функции и колеблет-

ся в широких пределах (2—200 циклов в год).

В качестве запорно-отключающей арматуры на магистральных

газопроводах в основном применяют равнопроходные запорные кра-

ны с шаровым затвором. Конструктивно такие краны отличаются

друг от друга по корпусу, шаровому затвору, типу силовых приводов

и систем управления, поэтому важнейшим вопросом рационального

использования кранов является установка их в таких технологиче-

ских обвязках и условиях, при которых обеспечивается высокая на-

дежность и эффективность их работы.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАБОТЫ КРАНОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ

НА ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Запорно-отключающую арматуру, устанавливаемую на линейной

части магистрального газопровода, подразделяют на магистральные

краны, краны на перемычках многониточных газопроводов, отводах,,

переходах через водные преграды, краны — концевые затворы, краны

обвязок установок пуска и приема очистных устройств, свечных об-

вязок. К трубопроводам их обычно присоединяют сваркой. Корпус

крана вместе с трубопроводом находится под землей, а силовой при-

вод с системой управления благодаря колонне с удлинителем шпин-

деля — на поверхности. Краны оборудуют различными трубками:

для отбора газа из газопровода в систему управления с обеих сто-

рон затвора, подачи смазки в уплотнения шпинделя и шарового за-

твора (для повышения герметичности) и для дренажа.

Магистральные краны (рис. 6,. а), устанавливаемые на газопро-

воде под землей через каждые 20—25 км, предназначены для отсе-

кания участка газопровода при аварии или проведении ремонтных

работ. С обеих сторон магистрального крана от газопровода к про-

дувочной свече выведены трубопроводы, на которых расположены-

краны свечной обвязки, позволяющие сбрасывать давление газа и*

•любого участка газопровода, примыкающего к магистральному

крану, а также осуществлять обвод при заполнении или продувке

одного из участков газопровода. Магистральные краны имеют диа-

метр условного прохода от 500 до 1400 мм. Они постоянно находятся

в открытом положении. Срабатывание кранов происходит в среднем

один-два раза в год. Магистральные краны должны быть равнопро-

ходными с газопроводом (это необходимо для обеспечения пропуска

по газопроводу очистных устройств и минимального гидравлического-

сопротивления потоку транспортируемого газа), иметь высокую гер-

метичность (для обеспечения безопасности при проведении ремонт-

ных работ), высокий коэффициент готовности при небольшом числе

срабатываний и срок службы, равный сроку службы газопровода

(20 лет). Такие краны необходимо оснащать надежными автоматами

АЗК, закрывающими кран при разрыве одного из участков газо-

провода, примыкающего к крану.

Для обеспечения равнопроходности магистральные краны должны

иметь одинаковые диаметры проходного отверстия сферической

пробки и присоединительных концов. Высокая внешняя герметич-

ность крана достигается, как правило, при сварном корпусе, ша-

рового затвора — при высокой точности изготовления, применении

качественных уплотнительных материалов и подводе смазки к уплот-

нениям шарового затвора и шпинделя. Конструкция уплотнения

шпинделя должна позволять восстанавливать его герметичность-

в процессе эксплуатации как подачей уплотняющей смазки, так и

заменой изношенных уплотнительных элементов на работающем кране

при закрытом положении шарового затвора. Конструкция уплот-

нений шарового затвора должна быть комбинированной и состоять-

из уплотнения типа «металл по металлу» 5 с подводом смазки /

файл скачан с www.turbinist.ru