Расчетная толщина стенки трубопровода определяется по формуле

= (2.1.)

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки необходимо определять из условия

= 2.2

где - коэффициент надежности по нагрузке - внутреннему рабочему давлению в трубопроводе) табл.13 СНиП 2.05.06-85);

- рабочее (нормативное) давление, МПа;

- наружный диаметр трубы, см;

R_{1 -} расчетное сопротивление растяжению

₌ R₁^н m/ R₁ R_н

где R₁^{н -} нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб, принимаемое по ГОСТ и ТУ на трубы;

m - коэффициент условий работы (табл.1 СНиП);

R_{1 -} коэффициент надежности по материалу (табл.9,10 СНиП);

R_н - коэффициент надежности по назначению трубопровода (табл.11 СНиП);

₁ - коэффициент, учитывающий 2-х осное напряженное состояние труб. определяемый по формуле

(_пр. N / R₁) ^{2 -} 0,5 (_пр. N) / R₁ 2.3

где _пр. N - продольное осевое сжимающее напряжение МПа, определяемое от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы материала труб в зависимости от принятых конструктивных решений.

Толщину стенки труб, определенную по формулам необходимо принимать не менее 1/140 , но не менее 3 мм для труб с условным диаметром 200 мм и менее, и не менее 4 мм - для труб условным диаметром свыше 200 мм.

Полученное расчетное значение толщины стенки трубы округляется до ближайшего большего значения, предусмотренного ГОСТ или ТУ.

2.1.9 Особенности использования труб в системах теплоснабжения

Требования, предъявляемые к трубам, применяемым для теплопроводов:

достаточная механическая прочность и герметичность при давлениях и температурах теплоносителя, которые имеют место в системах теплоснабжения;

эластичность и устойчивость по отношению к термическим напряжениям при переменном тепловом режиме;

постоянство механических свойств;

устойчивость по отношению к внешней и внутренней коррозии;

малая шероховатость внутренних поверхностей;

отсутствие эррозии внутренних поверхностей;

малый коэффициент температурных деформаций;

высокие теплоизолирующие свойства стенок трубы;

простота, надежность и герметичность соединения отдельных элементов;

простота хранения, транспортировки и монтажа.

В настоящее время для сооружения тепловых сетей применяются, как правило, стальные трубы из спокойной стали. Для подбора сортамента стальных труб для тепловых сетей используется шкала давлений по ГОСТ 356-80.

В основу построения шкалы давлений положено деление всех трубопроводов на 8 групп в зависимости от температуры транспортируемой среды. Шкала составлена таким образом, что одна и та же труба может применяться для транспорта теплоносителя с любой температурой от 0^оС до установленной для трубы из данной марки стали предельной температуры t_пр 445 ^оС, но при различных давлениях.

В качестве критерия давлений в шкале установлено "условное давление". Труба, рассчитанная на какое-либо условное давление, может быть использована для рабочего давления.

Р_раб = Р_у

где - коэффициент, принимаемый в зависимости от температуры транспортируемой среды. Изменяется от 1,0 при t_среды = 200 ^оС, до 0,45 при t_среды = 445 ^оС.

Пробное давление для гидравлических испытаний трубопроводов определяется по формуле:

Р_пр = 1,5 Р_у (2.4.)

Основными типами стальных труб, применяемых для тепловых сетей являются:

при диаметрах до 400 мм включительно - бесшовные горячекатанные;

при диаметрах выше 400 мм - электросварные с продольным швом и электросварные со спиральным швом.

Трубы для тепловых сетей изготовляются в основном из стали следующих марок: Ст2сп, Ст3сп, стали 10, 20,10Г2с1, 15гс, 16ГС.

Минимальная толщина стенок бесшовных труб составляет от 2 мм при Ду = 15 мм до 9 мм при Ду = 400 мм. Трубы с данной толщиной стенки могут применяться при условном давлении Ру = 4Мпа при изготовлении из стали Ст2 и Ст3 при температуре теплоносителя до 300 ^оС, а при изготовлении из сталей 10 и 20 - при температуре теплоносителя - до 425 ^оС.

Сортамент электросварных труб для сооружения тепловых сетей выбирается с учетом условного давления, максимальной температуры теплоносителя, диаметра трубопровода и марки стали, из которой он изготовлен.

Для водяных тепловых сетей при избыточном давлении Р_у 2МПа и t 200 ^оС рекомендуются к преимущественному применению трубы из Ст2сп, Ст3сп, сталей 10,10 следующего сортамента: при d 400 мм - группы А горячекатанные и холоднокатанные по ГОСТ 8731-87 и 8733-87; при d 400 мм - группы А и В электросварные с двусторонним прямым или спиральным швом по ГОСТ 10706-76 и 8696-74.

При изготовлении из сталей 10Г2С1, ВМСт2сп, ВМСт3сп трубы стальные электросварные с 2-сторонним прямым или спиральным швом при d 400 мм по ГОСТ 10706-76 применяются при Р_у 2,5 МПа и t 200 ^оС.

Стальные водогазопроводные трубы для тепловых сетей применять t не рекомендуется.

2.2 Арматура

2.2.1 Общие сведения об арматуре

Арматурой называются устройства, предназначенные для управления потоками рабочей среды (жидкой, газообразной, газожидкостной и т.п.), транспортируемой по трубопроводу. Применение арматуры позволяет включать, отключать подачу, изменять давление или направление газового или жидкостного потоков; с помощью арматуры указывают и регулируют уровни жидкостей, производят автоматическое удаление газов и жидкостей.

Как правило, арматура состоит из запорного или дроссельного устройства и привода. Данные устройства представляют собой закрытый крышкой корпус, внутри которого перемещается затвор. Корпус имеет присоединительные концы, которые служат для его герметичного закрепления на трубопроводе. При перемещении затвора внутри корпуса относительно его седел изменяется площадь прохода для среды, вследствие чего изменяется гидравлическое сопротивление. Седлом называется часть внутренней поверхности корпуса или специальная деталь, с которой сопрягается затвор при закрытом проходе.

В зависимости от назначения устройство называется запорным, если его назначение - герметичное разобщение одной части трубопровода от другой, и дроссельным, назначение которого состоит в точном регулировании площади прохода - гидравлического сопротивления. В запорных устройствах поверхности затвора и седла, соприкасающиеся во время отключения частей трубопровода, называются уплотнительными. В дроссельных устройствах поверхности затвора и седла, образующие регулирующий орган для среды, называются дроссельными.

2.2.2 Классификация арматуры

В соответствии с ГОСТ 356-80 арматура и соединительные части трубопроводов характеризуются условным, пробным и рабочим давлением. Основным параметром, гарантирующим прочность арматуры и учитывающим как рабочее давление, так и температуру, является условное давление. Условное давление соответствует допустимому для данного изделия рабочему давлению при нормальной температуре. При повышении температуры механические свойства конструкционных материалов ухудшаются. Давления, указываемые для арматуры являются избыточными (оговариваются только абсолютные). Рабочей температурой называется наивысшая длительная температура рабочей среды без учета кратковременных повышений, которые допускаются техническими условиями. Допускается повышение фактического рабочего давления над указанным в стандарте или каталоге на 5%.

Основной размерный параметр арматуры - диаметр условного прохода или просто условный проход Ду. Это - номинальный внутренний диаметр трубопровода, на котором располагается данная арматура. Различные типы арматуры при одном и том же условном проходе могут иметь разные проходные сечения.

В зависимости от назначения трубопроводная арматура подразделяется на следующие классы:

I - запорная, назначение которой заключается в полном перекрытии потока среды, применяется для выключения отдельных участков трубопроводов или систем;

II - регулирующая, предназначенная для регулирования давления проходного сечения;

III - предохранительная, осуществляющая частичный выпуск среды в случае необходимости или полное прекращение её подачи с целью предотвращения повышения давления, угрожающего прочности системы, а также предотвращения недопустимый по технологическим соображениям обратный поток среды;

IV - резервуарная, контрольная и пробная арматура различного назначения.

Каждый из классов в зависимости от принципа действия арматуры подразделяется на две группы: А - приводная, которая приводится в действие с помощью привода (ручного, механического, электрического, пневматического); Б - автоматическая (самодействующая), которая приводится в действие автоматически, непосредственно потоком рабочей среды или изменением его параметров.

К I классу (запорной арматуре) группы А (приводной) относятся следующие типы арматуры - краны, вентили, задвижки, поворотные затворы.

Ко II классу (регулирующей) группы А (приводной) относятся вентили регулирующие; группы Б (автоматической) - клапаны регулирующие, регуляторы уровня, конденсатосборники.

К III классу (предохранительной арматуре) группы Б (автоматической) относятся предохранительные клапаны и обратные клапаны.

К IV классу (резервуарной, контрольной арматуре) группы А (приводной) относятся пробно-спускные краны; группы Б (автоматической) - указатели уровня, скоростные клапаны, незамерзающие клапаны.

Арматура бывает универсальной, т.е. способной работать в условиях применения любой среды или предназначенной только для одной среды (воды, пара, газа).

2.2.3 Способы присоединения арматуры

По способу соединений арматура подразделяется на фланцевую, муфтовую, цапковую и сварную. Все соединения, кроме сварного разъемные.

Наибольшее распространение получила фланцевая арматура. Её основные преимущества - возможность многократного монтажа и демонтажа на трубопроводе, обеспечение надежности герметизации стыков и возможности их подтяжки, высокая прочность и пригодность для широкого диапазона давлений и проходов. Её основные недостатки - возможность ослабления затяжки и потеря герметичности со временем, высокая трудоемкость сборки и разборки, большие габаритные размеры и масса.

Область применения муфтовой арматуры - это мелкая арматура с условными проходами до 50 мм. В данном случае концы арматуры представляют собой муфты с внутренней резьбой. Муфтовое соединение применяется в литой арматуре. В основном муфтовое соединение используется в арматуре низких и средних давлений.

Цапковое соединение применяется для мелкой арматуры высоких давлений, которая как правило выполняется из поковок или проката. Цапковое соединение имеет наружную резьбу под накидную гайку.

В последнее время все более часто используется арматура с концами под сварку, т.е. сварной способ соединения. Его достоинства - абсолютная и надежная герметичность соединения, отсутствие необходимости подтяжки, высокая экономия металла, низкая масса арматуры и трубопровода. Недостаток сварных соединений - сложность демонтажа и замены арматуры. Наиболее часто данные соединения арматуры применяются на таких трубопроводах, где сам трубопровод монтируется целиком при помощи сварки.

2.2.4 Условные обозначения арматуры

Государственными стандартами предусмотрены условные обозначения арматуры, которые включают в себя наименование, номер (номер типа арматуры, например, 1 - кран, 2 - вентиль, 3 - задвижка и т.д.), конструктивный тип (римские цифры I, II, III), исполнение (буквы А, Б, В), условный проход (мм), условное давление (МПа), ГОСТ.

Однако в ведомостях для заказа арматуры, в прейскурантах широко используются не стандартные, а отраслевые условные обозначения.

Поэтому для удобства учета, заказов, хранения Центральным конструкторским бюро арматуростроения (ЦКБА) разработан каталог (классификатор), в котором приняты условные обозначения выпускаемой арматуры, не отраженные в стандартах на арматуру, но относительно широко используемые на практике. Условные обозначения (ЦКБА) арматуры состоят из последовательно располагаемых цифр и букв.

Первые две цифры соответствуют виду арматуры (группе), которая имеет следующее обозначение:

Краны:

пробково-спускные - 10

для трубопроводов - 11.

Запорные устройства указателей уровня - 12

Вентили - 14.15

Клапаны:

обратные подъемные - 16

предохранительные - 17

редукционные - 18

обратные поворотные - 19

Регуляторы давления - 21

Клапаны:

запорный и отсечной - 22

регулирующий - 25

смесительные - 27

Задвижки - 30,31

Затворы - 32

Инжекторы - 40

Конденсатоотводчики 45

Далее идут одна или две буквы, обозначающие материал, применяемый для изготовления корпуса:

Сталь:

углеродистая - с

легированная - лс

коррозионностойкая (нержавеющая) - нж

Чугун:

серый - ч

ковкий - кч

Латунь, бронза - б

Алюминий - а

Монель-металл - мн

Винипласт - вп

Прочие пластмассы - п

Титан - тн

Стекло - ск

Первая цифра после буквенного обозначения указывает вид привода:

Механический с червячной передачей - 3

То же, с цилиндрической передачей - 4

То же, с конической передачей - 5

Пневматический - 6

Гидравлический - 7

Электромагнитный - 8

Электрический - 9

Последние одна-две буквы обозначают материал уплотнительных поверхностей запорного элемента:

Латунь, бронза - бр

Монель-металл - мн

Сталь нержавеющая (коррозионностойкая) - нж

Нитрированная сталь - нт

Баббит - бт

Стеллит - ст

Сормайт - ср

Кожа - к

Эбонит - э

Резина - р

Винипласт - вп

Прочие пластмассы - п

Уплотнительные поверхности без вставных колец, т.е. с уплотнительными поверхностями выполненными непосредственно на самом корпусе или затворе - бк

Внутреннее покрытие уплотнительных поверхностей имеет следующее обозначение:

Гуммирование - гм

Эмалирование - эм

Свинцование - см

Футерование пластмассой - п

То же, нейритои - н

Пример обозначения:

Задвижка параллельная с выдвижным шпинделем фланцевая чугунная с уплотнением поверхности без вставных колец - 30ч7бк

Здесь 30 - группа изделия - задвижка; "ч" - материал корпуса - чугун серый; цифра 7 характеризует разновидность задвижки; "бк" - запорный элемент уплотняется без вставных колец.

На лицевой стороне корпуса арматуры или на фирменной табличке, приклепанной к арматуре, наносят товарный знак завода-изготовителя, условное давление, диаметр условного прохода, стрелку - знак направления потока (арматура, предназначенная для подачи среды в любом направлении. А также имеющая выпускные концы, не должна иметь стрелки-указателя). Для арматуры, изготовляемой на определенное рабочее давление, вместо условного должны указываться рабочее давление и температура.

На арматуре, изготовленной из стали со специальными свойствами (жаростойкой, кислотостойкой) дополнительно указывается марка материала корпуса.

В зависимости от материала корпуса арматура окрашивается в определенный цвет по ГОСТ 4666-75:

Чугун серый и ковкий - черный

Сталь:

углеродистая - серый

легированная - синий

кислотостойкая и нержавеющая - голубой

Цветные сплавы - не окрашивается

В зависимости от материала уплотнительных деталей затвора применяются следующие дополнительные отличительные окраски приводного устройства (маховика (рычага)

Бронза, латунь - красный

Сталь кислотостойкая и нержавеющая - голубой

Нитрированная - фиолетовый

Баббит - желтый

Пластмасса - серый с синими полосками по периметру

Эбонит, фибра - зеленый

без колец - цвет окраски корпуса и крышки.

2.2.5 Характеристика основных видов арматуры

2.2.51 Запорная арматура

Назначение запорной арматуры заключается в перекрытии потока или пуске его в соответствии с требованиями технологического процесса. Кроме того, при помощи запорной арматуры производится переключение направления потока и изменение его расхода, давления, скорости.

Главная задача при конструировании запорной арматуры - обеспечение герметичности как в запорном элементе, так и по отношению ко внешней среде (сальник, соединения корпуса с крышкой и с трубопроводом). Особенно важно обеспечить герметичность в запорном элементе, так как небольшой пропуск рабочей среды в запорном элементе может оказать решающее влияние на технологический процесс. Герметичность запорного элемента регламентируется ГОСТ 9544-75, который разделяет запорную арматуру по степени герметичности на 3 класса.

Наиболее распространена запорная арматура 4-х типов: задвижки, вентили, краны и затворы. Данные типы различаются характером перемещения запорного элемента и формой этого элемента.

Задвижка - запорное устройство, в котором перекрытие потока осуществляется поступательным перемещением запорного элемента (затвора) в направлении, перпендикулярном направлению потока (см. рис.2.1а).



Рис. 2.1 Схемы перекрытия потока запорной арматурой

а - задвижкой; б - вентилем; в - краном.

Принципиальная особенность задвижек заключается в том, что при их закрывании запорный элемент не преодолевает существенные усилия от давления среды, т.к. он двигается поперек потока. В задвижках при закрывании необходимо преодолеть только трение. Площадь уплотнительных поверхностей задвижек невелика: два узких кольца вокруг прохода, вследствие чего в задвижках обеспечивается относительно надежная герметичность.

Достоинства задвижек: незначительное гидравлическое сопротивление при полностью отрытом проходе: отсутствие поворота потока рабочей среды; простота обслуживания; относительно незначительная строительная длина; возможность подачи среды в любом направлении; возможность использования для перекрытия потоков среды большой вязкости.

Недостатки задвижек: невысокая скорость срабатывания запорного элемента; большая высота; трудности замены изношенной уплотнительной поверхности запорного элемента при эксплуатации; невозможность их применения для сред с кристаллизирующимися включениями; невысокий допускаемый перепад давления на затворе (в сравнении с вентилями); возможность возникновения гидравлического удара в конце хода; невозможность применения постоянной смазки уплотняющих поверхностей седла и затвора.

Строительная длина задвижек, т.е. расстояние между наружными плоскостями фланцев, должна соответствовать ГОСТ 3706-67, а технические условия на их изготовление - ГОСТ 5762-74*. Основные параметры задвижек нормированы ГОСТ 9698-67.

По конструкции запорного элемента задвижки бывают параллельные и клиновые. В свою очередь параллельные задвижки подразделяются на однодисковые (шиберные) и двухдисковые; клиновые задвижки подразделяются на задвижки с цельным, упругим и составным клином.

По конструкции шпинделя задвижки делятся на задвижки с выдвижным и не выдвижным шпинделем, по типу привода - задвижки с ручным (маховик, цепное колесо, конический редуктор) и электрическим приводом. Задвижки с не выдвижным шпинделем должны иметь указатели степени открытия.

В некоторых задвижках, предназначенных для работы при высоких перепадах давления на затворе, с целью уменьшения усилий, необходимых при открывании и закрывании прохода, полная площадь прохода выполняется несколько меньше, чем площадь сечения входных патрубков. На основании данного признака задвижки подразделяются на полнопроходные и с суженым проходом. В полнопроходных задвижках диаметр прохода равен диаметру патрубков, в задвижках с суженным проходом он меньше диаметра патрубков.

В параллельных задвижках уплотнительные поверхности параллельны друг другу и расположены перпендикулярно к направлению потока рабочей среды. Затвор в них называется диском или шибером. Преимущества параллельных задвижек: простота изготовления затвора, легкость сборки ремонта, отсутствие заедания затвора в полностью закрытом положении. Недостатки данных задвижек: высокий расход энергии на закрывание и открывание, в связи с тем, что на всем пути движения привод преодолевает трение между уплотнительными поверхностями седел и затвора, а также значительный износ уплотнительных поверхностей.

Параллельная задвижка с выдвижным шпинделем (рис.2.2.) состоит из чугунного корпуса 4, его крышки 8, шпинделя с червячной резьбой 7, маховика 14 с гайкой 13, в которую входит шпиндель. В нижней части шпинделя закреплен шибер, состоящий из двух параллельных дисков 3 с обоймой 5. Между дисками располагается распорный клин 2. При вращении маховика вправо шпиндель вместе с дисками и клином опускается вниз. Клин касается низа корпуса задвижки и при дальнейшем движении шпинделя вниз раздвигает диски и прижимает их к бронзовым кольцам 1, закрывая проход. Чтобы задвижка не пропускала рабочую среду, диски плотно прижимаются к кольцам. При вращении маховика влево шпиндель вместе с дисками поднимается вверх и открывает проход. В верхней части шпинделя ниже резьбы находится крышка сальника 12, а под ней в кольцевом канале крышки корпуса 8 имеется сальниковая набивка 10. Крышка сальника, притянутая к крышке корпуса двумя болтами сжимает сальниковую набивку, которая плотно схватывает шпиндель и препятствует проникновению рабочей среды через крышку корпуса вдоль шпинделя. Крышка соединяется с корпусом болтами с гайками.

Рис. 2.2 Параллельная задвижка с выдвижным шпинделем: 1 - кольцо; 2 - клин; 3 - диск; - корпус; 5 - обойма диска; 6 - прокладка; 7 - шпиндель; 8 - крышка корпуса; 9 - болт с гайкой; 10 - сальниковая набивка; II - болт; 12 - крышка сальника; 13 - гайка; 14 - маховик.

Основные размеры параллельных задвижек с выдвижным шпинделем на Р_у 1 МПа должны соответствовать ГОСТ 8437-75. Задвижки с латунным уплотнением запорного элемента 30ч6 бр применяются для воды и пара с температурой до 225^оС, а с чугунным уплотнением запорного элемента 30ч6 бк - для нефти и масел температурой до 90 ^оС. Такие задвижки изготавливаются условным проходом от 50 до 400 мм. В газоснабжении применяют задвижки 30ч7 бк.

Параллельная задвижка с не выдвижным шпинделем представлена на рисунке 2.3 (чугунная задвижка с латунными уплотнительными кольцами на Р_у 1 МПа для воды температурой не более 50 ^оС). Особенности конструкции задвижки следующие. В верхней части шпинделя имеется кольцевой выступ 1, который, защемляясь между корпусом задвижки и фланцем 2, препятствует перемещению шпинделя вдоль его оси. На нижней части шпинделя нарезана прямоугольная резьба, которая входит в такую же резьбу в отверстии верхнего клина 3. С верхним клином соединен нижний клин 4, сцепленный с дисками 5 и 6. При вращении маховика вправо верхний клин и соединенный с ним нижний клин задвижки опускаются вниз. Когда нижний клин упрется в корпус задвижки, скошенная плоскость верхнего клина начнет скользить по скошенной плоскости нижнего клина. В итоге клинья прижмут диски к кольцам корпуса, герметично закрывая проход.

Задвижка данного типа обеспечивает более плотное закрытие прохода по сравнению с задвижкой с выдвижным шпинделем, однако последняя имеет следующее достоинство - по положению шпинделя можно определить, достигнута ли заданная величина прохода. Параллельно задвижки с не выдвижным шпинделем изготавливаются условным проходом от 50 до 300 мм.

Клиновые задвижки - задвижки, у которых затвор имеет вид плоского клина. В клиновых задвижках седла или уплотнительные поверхности, параллельные уплотнительным поверхностям затвора, расположены под некоторым углом к направлению перемещения затвора. Затвор в данных задвижках носит наименование клина. Достоинства клиновых задвижек: повышенная герметичность прохода в закрытом положении. Незначительность усилия, необходимого для обеспечения уплотнения. Т.к. угол между направлением усилия привода и усилиями, действующими на уплотнительные поверхности затвора, близок к 90^о, то даже небольшая сила, передаваемая шпинделем, может вызвать значительные усилия в уплотнении. Недостатки таких задвижек: необходимость применения направляющих для перемещения затвора, повышенный износ уплотняющих кромок затвора, технологические трудности получения герметичности в затворе.

Рис. 2.3 Параллельная задвижка типа "Москва"

Задвижка клиновая дисковая с выдвижным шпинделем фланцевая с электроприводом изображена на рис.2.4 Она изготовлена из стали, что дает возможность использовать её при Р_у 1 МПа для воды и пара температурой до 300^оС. Задвижка имеет затвор в виде сплошного клина с направляющим и связанный с ним выдвижной шпиндель. В задвижке имеется верхнее уплотнение для разгрузки сальника при поднятом до отказа затворе, которое даёт возможность при необходимости заменить сальниковую набивку, не прекращая подачу газа.

Рис. 2.4 Задвижка клиновая дисковая с выдвижным шпинделем, с электроприводом: 1 - корпус; 2 - клин запорного элемента; 3 - шпиндель; 4 - крышка задвижки; 5 - электропривод.

Тип и основные размеры задвижки регламентированы ГОСТ 10738-76. Обозначение задвижки 30с964нж. Цифры 964 показывают, что задвижка имеет электропривод. Электропривод позволяет облегчить обслуживание задвижек и автоматизировать управление ими.

Электропривод состоит из трех узлов: электродвигателя, редуктора и конечных выключателей. Редуктор применяется для уменьшения числа оборотов при передаче движения от электродвигателя к шпинделю. Используются обычно червячные редукторы. Конечные выключатели обеспечивают автоматическое отключение электродвигателя при достижении запорным элементом задвижки крайних положений, размыкая электрическую цепь электродвигателя. Реверсивные магнитные пускатели или контакты, используемые для управления электроприводом, позволяют пускать электродвигатель с вращением по часовой или против часовой стрелки.

Задвижка клиновая двухдисковая с не выдвижным шпинделем 30ч47бкч (см рис.2.5.) применяется для газопроводов. Запорный элемент задвижки состоит из двух дисков и вкладыша. При вращении маховика по часовой стрелке затвор раздвигает диски, прижимая их к уплотняющим поверхностям корпуса. При этом обеспечивается плотное прилегание дисков за счет распора дисков, осуществляемого благодаря наличию сферического элемента внутри запорного устройства. Указатель положения затвора состоит из стержня и диска перемещающегося по резьбе шпинделя. На стержне имеются красные отметки "0" (открыто) и "З" (закрыто). При износе уплотнительных поверхностей плотность затвора восстанавливают при помощи регулировочных прокладок. В качестве сальниковой применяют набивку марки ЛП (по ГОСТ 5152-84) и уплотнительное кольцо из маслобензостойкой резины. Конструкция и размеры задвижки нормированы ГОСТ 11933-66*. Задвижки изготовляют на Ру 0,6 МПа и Ду = 50.600 мм для температуры рабочей среды до 100^оС.

Рис. 2.5 Задвижка клиновая с невыдвижным шпинделем 30ч47бк4.

1 - регулировочная прокладка; 2 - вкладыш; 3 - диск клинового затвора; 4 - шток; 5 - уплотнительное кольцо; 6 - стержень; 7 - диск; 8 - выступ сальниковой гайки.

Вентиль - запорное устройство с поступательным перемещением запорного элемента (затвора) в направлении, совпадающем с направлением потока транспортируемой среды. (см. рис.2.1 б). Перемещение затвора осуществляется вследствие ввинчивания шпинделя в ходовую гайку. Вентили в основном применяются для перекрытия потоков газообразных и жидких сред, когда к надежности и герметичности запорного устройства предъявляются высокие требования. Однако на базе вентилей достаточно просто могут быть созданы дросселирующие устройства с любой расходной характеристикой.

Достоинства вентилей: возможность работы при высоких перепадах давления на золотнике и при больших рабочих давлениях; простота конструкции, обслуживания и ремонта в условиях эксплуатации; малый ход золотника (затвора), необходимый для полного перекрытия прохода (по сравнению с задвижками), обычно 0,25 Ду; сравнительно небольшие габаритные размеры и масса; герметичность перекрытия затвора; возможность использования в качестве регулирующего органа и установки на трубопроводе в любом положении (вертикальном или горизонтальном); исключение опасности возникновения гидравлического удара; возможность изготовления уплотнения золотника из резины или пластмассы, что снижает усилие, требуемое для герметизации, повышая при этом коррозионную стойкость уплотнения.

Недостатки вентилей: высокое гидравлическое сопротивление; невозможность использования для сильно загрязненных сред и сред с высокой вязкостью; большая строительная длина в сравнении с задвижками; подача среды только в одном направлении, определенном конструкцией вентиля; большие в сравнении с другими видами арматуры габаритные размеры и стоимость.

В то же время для управления потоками с высокими рабочими давлениями, а также низкими или высокими температурами рабочей среды вентили являются единственным экономически целесообразным видом запорной арматуры.

Многочисленные конструкции вентилей классифицируются по нескольким признакам. По конструкции корпуса различаются проходные, угловые, прямоточные и смесительные вентили. По конструкции крышки корпуса - вентили с крышкой на резьбе и с крышкой на шпильках. По способу уплотнения шпинделя - сальниковые и сильфонные вентили, по способу присоединения корпуса к трубопроводу - фланцевые и муфтовые вентили, по конструкции запорного элемента - тарельчатые и диафрагмовые. По назначению вентили подразделяются на запорные, запорно-регулирующие и специальные. Регулирующие в свою очередь делятся по конструкции дроссельных устройств на вентили с профилированными золотниками и игольчатые.

Конструкция наиболее распространенного проходного вентиля представлена на рис.2.6 Он состоит из корпуса, в котором смонтирован узел запорного элемента, верхней крышки с сальниковым устройством и шпинделя. Внутренние поверхности корпуса и крышки образуют рабочую полость вентиля. Корпус вентиля представляет собой литую конструкцию, симметричную относительно продольной плоскости сечения, и имеет два соосных патрубка с резьбой для присоединения к трубопроводу.

Узел запорного элемента включает клапан и кольцевое седло. Клапан (золотник) затвора крепится на шпинделе с помощью гайки и шайбы. Вверху шпинделя расположен маховик. В средней части шпинделя и в крышке корпуса имеется резьба.

При вращении маховика вправо шпиндель опускается по резьбе крышки корпуса и клапан закрывает седло. При обратном вращении маховика клапан поднимается и открывает проход.

Крышка присоединяется к корпусу на резьбе. Шпиндель вентиля проходит через крышку корпуса, сальниковую втулку и накидную гайку. Во избежание просачивания среды вдоль шпинделя применяется сальниковая набивка, уплотняемая при необходимости вращением накидной гайки. Вентиль устанавливается таким образом, чтобы рабочая среда поступала под клапан; движение среды должно совпадать с направлением стрелки на корпусе.

Основные параметры вентилей регламентируются ГОСТ 9697-67*. ГОСТ 5761-74* устанавливает технические требования на изготовление вентилей с Ру 2,5 МПа.

Рис. 2.6 Вентиль проходной: 1 - гайка; 2 - шайба; 3 - седло; 4 - корпус; 5 - крышка корпуса; 6 - шпиндель; 7 - сальниковая набивка; 8 - втулка сальника; 9 - накидная гайка; 10 - маховичок; 11 - клапан; 12 - прокладка.

Вентили проходные запорные латунные муфтовые (рис.2.7.), рассчитанные на Ру = 1 МПа и Ру = 1,6 МПа, по своей конструкции, размерам и исполнению должны соответствовать ГОСТ 9086-74. Согласно данному стандарту вентили выпускаются в трех исполнениях: 1,2,3 с уловным проходом Ду = 15.50 мм. Исполнения 1и 2 полностью идентичны, отличаясь лишь материалом уплотнительной поверхности запорного элемента в золотнике: для исполнения 1 применяется резина, для исполнения 2 - специальная масса. Золотник в вентилях исполнения 3, как и корпус изготовлен из латуни.

Рис. 2.7 Вентиль проходной муфтовый: 1 - корпус; 2 - золотник; 3 - шпиндель; 4 - крышка; 5 - кольцо подбивочное; 6 - гайка накидная; 7 - втулка сальника; 8 - маховик; 9 - гайка; 10 - шайба; 11 - набивка сальниковая; 12 - прокладка; 13 - кольцо уплотнительное: 14 - гайка; 15 - шайба.

Вентили исполнения 1 рассчитаны на Ру=1 МПа и температуру среды не более 50^оС, вентили исполнения 2 и 3 рассчитаны на Ру=1,6 МПа и температуру среды не более соответственно 200^оС и 225^оС. Диаметр маховика у вентиля исполнения 3 больше, чем у вентилей исполнения 1 и2.

Пример обозначения вентиля в техдокументации. Вентиль исполнения 1 на Ду = 32 мм и Ру=1 МПа - 15БЗр на Ру 1 МПа и Ду 32 мм.

Вентиль фланцевый изображен на рис.2.8 Основание плунжера вентиля имеет уплотнительное кольцо, изготавливаемое из металла, резины или фторопласта. При вращении маховика против часовой стрелки шпиндель с плунжером поднимается и открывает затвор для прохода среды. Вентили должны устанавливаться на трубопроводе так, чтобы поток газа был направлен под тарелку клапана (плунжера). При подаче газа в обратном направлении увеличивается гидравлическое сопротивление и для больших типоразмеров открытие вентиля затрудняется вследствие давления на клапан.

Данный вентиль применяется в системах газоснабжения. Его обозначение вентиль 15 кч 16 п.

Вентили проходные запорные из серого чугуна изготовляются по ГОСТ 18722 - 73* четырех видов: муфтовые с крышкой на резьбе или на шпильках и такие же фланцевые. Все указанные виды вентилей из серого чугуна выпускаются в различных исполнениях (5 исполнений) в зависимости от материала уплотнения, применяемого в запорном элементе. Вентили исполнений 1-5 с материалом уплотнения фторопластом - 4 применяются для рабочей среды воды и пара с температурой не более 225^оС. Вентили исполнений 1-4, в которых материалом уплотнения является резина кислотощелочестойкая используются только для воды с температурой не выше 50 ^оС. Вентили исполнения 1,2 изготавливаются диаметром Ду = 15-80 мм и имеют муфтовое присоединение к трубопроводу. Вентили исполнения 3,4 выпускаются диаметром Ду = 25-50 мм, а исполнения 5 Ду = 65-200 мм. Вид присоединения к трубопроводу - фланцевый.

Рис. 2.8 Вентиль 15кч1бп.: 1 - маховик; 2 - резьбовая стойка; 3 - шпиндель; 4 - откидные болты; 5 - сальник; 6 - плунжер; 7 - корпус.

Вентили проходные запорные из ковкого чугуна выпускаются трех видов: муфтовые с крышкой на резьбе по ГОСТ 18161-72*, с Ду=15-50 мм и Ру = 1,6 МПа, фланцевые с крышкой на резьбе по ГОСТ 18162-72*, с Ду=25-50 мм и Ру = 1,6 МПа, с крышкой на шпильках по ГОСТ 18163-72* с Ду=32-80 мм и Ру = 2,5 МПа. Вентили каждого вида имеют два исполнения. Вентили первых двух видов исполнения 1 в качестве уплотнительной поверхности запорного элемента имеют материалом резину кислотощелочестойкую средней твердости и применяются для воды температурой не выше 50^оС, в исполнении 2 в качестве материала уплотнительной поверхности запорного элемента используется фторопласт-4, область применения - пар с температурой до 225^оС. Вентили фланцевые с крышкой на шпильках исполнения 1 применяются для воды и пара с температурой 225 ^оС, материал уплотнительной поверхности запорного элемента - фторопласт - 4; исполнения 2 используются для пара с температурой 300^оС, материал уплотнительной поверхности запорного элемента - коррозионностойкая сталь.

Краны - это запорные устройства, в которых запорный элемент (пробка) имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потока и при перекрытии потока поворачивается вокруг своей оси (рис.2.1в.) Каждый кран имеет две основные детали: вращающуюся - пробку и неподвижную - корпус.

В зависимости от геометрической формы уплотнительной поверхности запорного элемента различаются краны конические, цилиндрические и шаровые, или со сферическим затвором. Кроме того, краны классифицируются по способу создания удельного давления на уплотнительных поверхностях, по форме окна прохода пробки, по числу проходов, по наличию или отсутствию сужения прохода, по типу управления и привода, по материалу уплотнительных поверхностей.

Для санитарно-технических систем в основном используются краны с конической пробкой (в газоснабжении и шаровые).

Поверхность уплотнения конических кранов имеет форму конуса. Конусность пробки (конуса) обычно принимается в зависимости от антифрикционных свойств применяемых материалов равной 1: 6 или 1: 7. Краны, выполненные из хорошо притирающихся материалов (чугун, латунь, бронза), имеют конусность 1: 7, так как в данном случае легче создается необходимое давление на уплотнительной поверхности и проще получить требуемую герметичность. Конусность 1: 6 принята для кранов из стали и пластических масс.

В зависимости от способа создания удельного давления между корпусом и пробкой краны с коническим запорным элементом подразделяются на натяжные, сальниковые со смазкой и с прижимом пробки.

Натяжные краны различаются только по способу создания удельного давления между корпусом и пробкой. Наиболее распространены муфтовые краны с резьбовой затяжкой. Их достоинства: простота конструкции, удобство и простота регулировки усилия, затяжки.

Отличительная черта сальниковых кранов не наличие сальника вообще, а то, что требуемые для герметичности удельные давления на конических уплотнительных поверхностях корпуса и пробки создаются при затяжке сальника. Усилие затяжки передается на пробку, прижимая ее к седлу. Сальниковые краны со смазкой используются, когда необходимо уменьшить усилия управления при средних и больших диаметрах условного прохода, удельные давления на уплотнительных поверхностях и возможность задирания контактирующих поверхностей, а также защитить уплотнительные поверхности от коррозии.

Отличие кранов с прижимом пробки от обычных кранов состоит в том, что перед поворотом пробка отрывается от корпуса, а после поворота прижимается к нему. Такие краны также носят наименование кран-задвижка. Данное конструктивное исполнение дает возможность решить сразу несколько задач: уменьшить крутящий момент, требуемый для поворота пробки; выполнять поворот при отсутствии контакта пробки с корпусом, что исключает опасность задирания уплотнительных поверхностей; возможность регулирования в очень широких пределах усилия прижатия пробки к корпусу и удельные давления на уплотнительных поверхностях, независимо от затяжки крана.

Конические краны представляют собой проходной кран, который имеет входной и выходной патрубки на общей оси. В то же время, в отличие от вентилей и задвижек, они дают возможность легко осуществлять управление потоками сразу через несколько патрубков, число которых доходит до 6-8. Наиболее распространены трехходовые краны. Они бывают двух основных типов: с L и Т - образными проходами в пробке.

Достоинства конических кранов: простота конструкции, прямоточность, низкое гидравлическое сопротивление, постоянство взаимного контакта уплотнительных поверхностей.

В последнее время широко используются (особенно за рубежом) шаровые краны, которые обладая всеми преимуществами конических кранов, отличаются от них следующими достоинствами: пробка и корпус вследствие сферической формы, имеют меньшие габаритные размеры и массу, а также большую прочность и жесткость; при небольшом совпадении радиусов сферы пробки и уплотнительного кольца теоретический контакт между ними происходит по окружности вокруг прохода, т.е. даже при точном изготовлении поверхность контакта уплотнительных поверхностей корпуса и пробки полностью окружает проход и герметизирует затвор крана; меньшую трудоемкость в изготовлении, что объясняется отсутствием очень трудоемкой механической обработки и притирки уплотнительных поверхностей корпуса и пробки; в шаровых кранах с кольцами из пластмассы вообще отпадает необходимость в притирке уплотнительных поверхностей, пробку обычно хромируют и полируют.

Все конструктивные разновидности шаровых кранов можно разделить на два типа: краны с плавающей пробкой и краны с плавающими кольцами.

Строительная длина и основные параметры пробковых кранов нормируются ГОСТ 14187-69* и ГОСТ 9702-67, а технические требования к ним при Ру 1МПа - ГОСТ 7520-66*.

Краны натяжные (рис.2.9) - простейшие конические краны. Плотность в данных кранах достигается тщательной притиркой пробки к корпусу и натяжением ее при помощи гайки. На квадратной головке пробки под ключ имеется риска, указывающая положение крана (открыт или закрыт). Краны натяжные из латуни муфтовые изготовляются по ГОСТ 6223-67*.

Рис. 2.9 Кран натяжной муфтовый Рис.2.10. Кран натяжной пробковый для газопроводов: 1 - корпус; 2 - конусная пробка са - корпус; б - шайба; в - пробка с резьбой внизу и квадратной головкой вверху; 3 - шайба; 4 - гайка

Краны для газопроводов (рис.2.10) несколько отличаются от ранее рассмотренных. Выпускаются эти краны по ГОСТ 19612-74 из латуни с ниппелем (исполнение 1) или без него (исполнения 2 и 3) и по ГОСТ 12154-74 из чугуна.

По условиям эксплуатации систем газоснабжения пробковый кран, установленный на газопроводе должен обеспечивать два жестко фиксированных положения - "открыт" и "закрыт", т.е. поворот пробки на 90^о.

Это требование достигается при помощи следующего устройства: на нижней части корпуса имеется два выступа, а на шайбе имеется язычок. Хвостовая часть пробки в том месте, где на нее надевается шайба и отверстие в шайбе выполнено таким образом, что шайба жестко фиксируется на хвосте пробки. Когда кран собран, то язычок шайбы при повороте пробки упирается в выступы корпуса, ограничивающие ее вращение. Так как угол раскрытия выступов на корпусе и угол язычка на шайбе составляют в сумме 90^о, то для свободного поворота пробки также остается угол в 90^о. Краны из латуни выпускаются Ду = 15 и 20 мм трех исполнений. Рабочее давление для исполнений 1,2 составляет Р_{раб =} 0,01 МПа, а для исполнения 3 условное давление - Р_у = 0,1 МПа.

На рис.2.11 представлен пружинный муфтовый кран для газопроводов 11Б12бк. В этом кране давление между корпусом 1 и пробкой 3 создается пружиной 5, расположенной в его верхней части между крышкой 4 и пробкой 3. Крышка крана имеет резьбу и ввертывается в тело корпуса с помощью отвертки, вставляемой в прорезь (шлиц). На теле корпуса отлиты упоры, ограничивающие поворот пробки ручкой на 90^о. Пространство между крышкой и пробкой заполняется смазкой. Для смазки уплотнительных поверхностей крана без разборки достаточно нажать на ручку - пробка прижмется к крышке, и смазка поступит в образовавшийся зазор, покрывая уплотнительные поверхности. Выпускают краны по ГОСТ 16155-70 на давление Р_раб =0,01МПа диаметром Д_у = 15 мм и Д_у = 20 мм. Краны предназначены для установки на внутренних газопроводах природного и сжиженного газа с температурой до 50^о.

Сальниковые краны обеспечивают более надежную защиту от утечки рабочей среды в атмосферу за счет сальника. Их используют при более высоких параметрах среды. Сальниковые краны находят применение при жидких и газообразных средах и давлении 0,6-4 МПа. Недостаток данных кранов - наличие быстроизнашивающегося элемента - мягкой набивки сальника, что влечет необходимость частого обслуживания крана (подтяжка сальника, смена его набивки).

Рис. 2.11. Кран пружинный муфтовый 11Б12бк: 1 - корпус; 2 - ручка; 3 - пробка; 4 - крышка; 5 - пружина.

Герметизация запорного элемента и сальникового узла производится затяжкой накидной гайки сальника. В сальниковых кранах с Д_у 32 мм применяют отжимной болт, т.к. при сильной затяжке сальника пробку трудно повернуть, и для облегчения поворота её надо слегка отжать, используя для этого болт. Гайка обеспечивает фиксацию отжимного болта в требуемом для работы крана положении. Отжимной болт используется для отжима пробки в случае заклинивания или "прикипания", что происходит, когда кран долго не работает. Кран сальниковый муфтовый латунный на Р_у 1 Мпа выпускается по ГОСТ 2704-77 с Ду = 10-50 мм.

Кроме кранов муфтовых по ГОСТ 2704-77 промышленность выпускает латунные краны с фланцами по ГОСТ 16394-70. Крышка сальника у них соединяется с корпусом болтами. Изготовляются данные краны диаметром Д_у = 25,40,50,80 мм на Р_у 1 МПа для рабочих сред с температурой до 100 ^оС.

По ГОСТ 19193-73 выпускаются чугунные сальниковые краны на Р_у = 1 МПа для рабочих сред с температурой до 100 ^оС; муфтовые Ду = 15-80 мм и фланцевые Ду = 25-100 мм.

В газоснабжении применяется кран шаровой сальниковый муфтовый 11ч 38п1 (рис.2.12.) состоящий из чугунных корпуса и пробки сферической формы с круглым отверстием диаметром, приблизительно равным внутреннему диаметру газопровода. Плотность затвора обеспечивается двумя уплотнительными фторопластовыми кольцами со сферической уплотнительной поверхностью и резиновыми прокладками. Корпус состоит из двух частей, соединенных болтами. Кран имеет ручку и ограничитель поворота, характеризуется невысоким гидравлическим сопротивлением, может устанавливаться в любом рабочем положении.

Рис. 2.12. Кран шаровой сальниковый муфтовый 11ч38п1: 1 - корпус; 2 - фторопластовое кольцо; 3 - шаровая пробка; 4 - соединительные болты; 5 - сальниковая набивка; 6 - рукоятка; 7 - сальниковая гайка; 8 - резиновая прокладка.

Кран шаровой сальниковый муфтовый 11Б24п (рис.2.13) по конструкции аналогичен крану 11ч38п1, но имеет меньший диаметр проходного отверстия в сферической пробке по сравнению с условным диаметром.

Рис. 2.13. Кран шаровой сальниковый муфтовый 11 Б24п

Кран с устройством для спуска воды сальниковый муфтовый выпускается для систем отопления с температурой теплоносителя до 100^оС. Их изготовляют в соответствии с ГОСТ 16549-71 на Р_у 1 МПА и Д_у = 15.50 мм. Данные краны устанавливаются на стояках систем отопления в местах их подключения к магистрали. Применение этих кранов дает возможность не делать специальные устройства для выпуска воды из стояка при его отключении. Краны выпускаются в исполнениях I II. В исполнении I используется трубная цилиндрическая резьба, а уплотнением служит лён, пропитанный суриком или белилами, разведенными на натуральной олифе. В исполнении II применяется метрическая резьба, а в качестве уплотнения используется паронит или другие уплотнительные материалы.

Пробно-спускные краны являются разновидностью кранов сальниковых, их используют для контроля уровня воды в резервуарах и котлах для отбора проб воды. Изготавливаются данные краны из латуни в соответствии с ГОСТ 8730-67* трех типов: с изогнутым спуском, с прямым спуском, с прямым спуском и ниппелем. Промышленность производит краны на Р_у 1МПа условным проходом 6,10,15,20 мм. Пробно-спускной кран имеет цапковый конец с трубной резьбой 1/4,3/8,1/2,3/4. Ручки пробно-спускных кранов должны изготовляться из теплопроводных материалов (дерево, фенопласт). Направление ручки соответствует направлению прохода в пробке.

Кран фланцевый со смазкой КС (рис.2.14) по конструкции идентичен обычному сальниковому крану. Новым элементом является система смазки. На пробку крана действуют большие усилия, прижимающие ее к уплотнительной поверхности корпуса, вследствие чего при больших давлениях и диаметрах для управления краном необходимы значительные усилия. Данное обстоятельство, а также стремление защитить уплотнительную поверхность от коррозии обусловливают необходимость смазки контактирующих поверхностей кранов. Кран называется самосмазывающийся, что достигается следующим образом: в систему канавок, расположенных в пробке и в корпусе, при ввертывании болта 1 подается смазка из верхней полости 2 в полость 5, под нижний торец пробки. Под давлением смазки пробка немного приподнимается, а образующаяся пленка смазки между пробкой и корпусом обеспечивает плотность затвора и уменьшает трение при повороте пробки. Для смазки используется специальная кальциевая паста на касторовом масле. Уплотнительная мембрана изготовляется из листовой латуни или белой жести.

Рис. 2.14. Кран фланцевый со смазкой КС.: а - с ручным управлением; б - с червячной передачей; 1 - болт для подачи смазки; 2,5 - полости для смазки; 3 - уплотнительная мембрана; 4 - корпус; 6 - пробка; 7 - регулировочный винт; 8 - ограничитель поворота; 9 - шариковый обратный клапан; 10 - рукоятка; 11 - червячная передача; 12 - опорный шарик; 13 - колпак; 14 - регулировочный болт; 15 - крышка.

Краны КС-80 и КС-100 (рис.2.14а) имеют накидные ключи, с помощью которых пробка поворачивается на 90^о и фиксируется ограничителем поворота. На выступе пробки нанесена стрелка, а на верхней крышке корпуса приводятся отметки: 0 (открыто) и З (закрыто). Направление стрелки относительно букв указывает положение отверстия пробки.

Кран КС-150 (рис.2.14б) имеет червячную передачу, которая дает возможность поворачивать пробку на 90^о. Регулирование зазора между пробкой и корпусом крана осуществляется при помощи болта 14, который через мембрану и шарик изменяет положение пробки.

Выпускаются краны на Ру = 0,6 МПа, наиболее широкое применение находят в системах газоснабжения, в частности на газопроводах среднего и высокого давления.

Краны газовые лабораторные пробковые выпускаются на Ру = 0,1 МПа и предназначаются для подключения газовых горелок резиновыми шлангами к газопроводу. Корпус крана изготавливается из алюминиевого сплава, пробка - из латуни. Направление ручки соответствует направлению прохода в пробке. Выпускаются данные краны двух типов:

I - однорожковый, П - двухрожковый.

Кран трехходовой муфтовый с фланцем (рис.2.15) используется для отсоединения манометра и при необходимости его замены, продувки сильфонной трубки, при помощи которой манометр присоединен к котлу, трубопроводу или другому устройству, и переключения давления на контрольный манометр, присоединяемый во время проверки к фланцу 3 для сравнения его показаний с показаниями рабочего манометра.