Трубопропроводная арматура (курс лекций)
 Скачать 291.22 Kb.
|
|
О Шаровые краны являются наиболее совершенными по своим эксплуата- ционным характеристикам. В них пробка выполнена в виде полированного ша- ра, имеющего круглое отверстие для прохода потока. Диаметр отверстия в точ- ности равен внутреннему диаметру подсоединяемого трубопровода, поэтому данный кран практически не создает местных сопротивлений потоку. Пробка крана не касается поверхности корпуса, что исключает возможность «прикипа- ния». Уплотнение затвора осуществляется за счет двух фторпластовых кольце- вых прокладок, устанавливаемых на заводе в момент сборки крана с усилием, превышающим предел текучести фторпласта, вследствие чего он надежно за- полняет зазор между пробкой и корпусом и обеспечивает высокую герметич- ность всего крана. Стоимость этих кранов, однако выше, чем рассмотренных ранее, так как для их изготовления требуется более высокий уровень техноло- гии. Мембранный клапан, называемый так же диафрагмовым клапаном или вентилем, отличается тем, что седло затвора выполнено на торце перегородки, установленной поперек оси движения потока, а роль золотника выполняет гиб- кая мембрана, которая под действием штока или шпинделя прогибается и пере- крывает проходное сечение трубопровода. Гибкая мембрана одновременно гер- метизирует рабочую полость арматуры, так что не требуется наличие сальника. Мембранные клапаны применяются на агрессивных средах, солевых растворах. Используются они на тепловых станциях при перекачке растворов в системах химводоподготовки. В обычных системах ТГВ они не применяются, так как об- ладают меньшей герметичностью, надежностью и ремонтнопригодностью, вы- держивают меньшие давления. Шланговый клапан отличается тем, что проходной канал арматуры вы- полнен в виде гибкого шланга, который под действием штока или шпинделя пе- режимается и перекрывает проходное сечение. Гибкая шланг одновременно герметизирует рабочую полость арматуры, так что не требуется наличие саль- ника. Шланговые клапаны обладают малой герметичностью и применяются в основном для целей регулирования на агрессивных средах, солевых растворах. Используются они там же, где и мембранные клапаны. В системах ТГВшироко применяется автоматическая арматура, к которой относятся регуляторы (давления, расхода и уровня) и конденсатоотводчики. Регуляторы давления, расхода и уровня предназначены для автоматиче- ского поддерживания параметра без использования вторичных источников энергии. Регулятор по конструкции представляет из себя клапан с пневмо или гид- роприводом мембранного, сильфонного или плунжерного типа, а так же специ- альную установочную пружину, преденазначенную для подстройки регулятора на требуемое значение параметра. Конструкции регуляторов чрезвычайно раз- нообразны. Регуляторы уровня подразделяются на регуляторы питания , в которых уровень поддерживается за счет периодического добавлением жидкости в со- суд, и регуляторы перелива, в которых происходит слив избытка жидкости. Примером регулятора уровня первого типа является шаровой кран смывного бачка унитаза. Регулятор давления рассмотрим на примере редуктора газового баллона. Отверстие входного патрубка для подачи газа является седлом клапана, к кото- рому прижимается тарелка клапана, закрепленная на одном конце углового ры- чага. Второй конец рычага соединен с подвижной мембраной, на которую с внешней стороны действует сила атмосферного давления и сила сжатия устано- вочной пружины, а с другой стороны - сила давления газа в полости регулятора. Ось вращения рычага закреплена на днище корпуса регулятора. Если давление одна из горелок газовой плиты будет закрыта, то уменьшится расход газа, в ре- зультате чего давление газа в полости редуктора начнет повышаться. Это при- ведет к перемещению мембраны, которая потянет за собой конец рычага, со- единенный с нею. Второй конец рычага с закрепленным на нем клапанам так же переместится и прикроет отверстие для прохода газа. В результате давление га- за в полости редуктора будет практически на постоянном уровне, так как ход клапана крайне мал и усилие установочной пружины при перемещении мем- браны изменится незначительно. Таким образом, регулятор будет обеспечивать пропуск требуемого расхода газа при постоянном значении давления перед го- релками. Регулятор расхода работает аналогично регулятору уровня, поддерживая постоянный перепад давления на некотором дросселирующем устройстве, на- пример, диафрагме или регулируемом сопле. Учитывая, что коэффициент мест- ного сопротивления дросселирующего устройства не изменяется, постоянный перепад давления означает, что скорость потока через дроссель нпостоянна и, следовательно, постоянен расход. Некоторые регуляторы имеют дроссель, кон- струкция которого позволяет регулировать его сопротивление, подстраивая ре- гулятор на требуемое значение расхода. Чаще, однако, сопротивление дроссе- лирующего устройства оставляют постоянным, а изменяют сжатие установоч- ной пружины, что позволяет регулировать перепад давления на дросселе и, сле- довательно, расход через регулятор. В регуляторах важным моментом является разгрузка клапана от односто- роннего давления рабочей среды, что позволяет значительно уменьшить усилия, требуемые на перемещение рабочего органа. Наиболее совершенным вариантом разгрузки является двухседельная конструкция клапана, когда усилия, дейст- вующие на две тарелки, противоположны по направлению и взаимно компенси- руются. Однако в такой конструкции корпус сложнее в изготовлении и труднее обеспечить полную герметичность закрытия двух клапанов одновременно. Тем не менее, такая конструкция очень широко применяется в современных регуля- торах. Конденсатоотводчики предназначены для вывода из паровой системы конденсата, не участвующего в рабочем или технологическом процессе. Кон- денсат сливается постоянно или периодически по мере его накопления в систе- ме. Таким образом, конденсатоотводчики должны выпускатьт воду и задержи- вать пар, что осуществляется за счет наличия гидравлического или механиче- ского затвора. Они должны надежно выпускать конденсат в пределах широкого интервала давлений пара, температур конденсата и скорости его поступления в конденсатоотводчик. Конденсатоотводчики бывают клапанные и бесклапанные. Клапнные конденсатоотводчики выпускают конденсат периодически, по мере достижения определенных условий, а бесклапанные - непрерывно. В принципе конденсато- отводчики клапанного типа являются двухпозиционными регуляторами, в кото- рых роль чувствительного элемента и привода одновременно выполняет попла- воу, термостат, биметаллическая пластина или диск. Конденсаотводчики в зависимости от принципа действия бывают : • поплавковые а) закрытого типа б) открытого типа • термостатические • термодинамические • лабиринтные • сопловые Поплавковые конденсатоотводчики в зависимости от конструкции по- плавка бывают с закрытым поплавком, с открытым поплавком, с опроки- нутым поплавком колокольного типа. В поплавковых конденсаотводчиках проходное сечение клапана для вы- пуска конденсата открывается при всплытии поплавка, с которым связан затвор клапана. Всплытие поплавка происходит в тот момент, когда уровень конденса- та в корпусе конденсатоотводчика достигнет предельного значения. После от- крывания выпускного клапана часть конденсата выдавливается в конденсатную линию и поплавок снова опускается, перекрывая отверстие седла клапана. Таким образом, поплавковый конденсатоотводчик в принципе работает, как регулятор уровня (регулятор перелива). В термостатических или термостатных конденсатоотводчиках для управ- ления затвором клапана используется термосильфон, расширяющийся при по- вышении температуры, биметаллическая пластина или диск. Работа таких кон- денсатоотвод-чиков основана на разнице температур паровой и жидкой фазы. В термостатных конденсатоотводчиках сильфонного типа сильфон, пред- ставляющий из себя тонкостенную гофрированную трубку, заполнен легко ис- паряющейся жидкостью, испаряющейся при температуре свежего пара, но на- ходящейся в жидкой фазе при температуре конденсата. Так, например, при уда- лении конденсата с температурой 85 - 90 0С используется смесь из 25% этило- вого спирта и 75 % пропилового спирта. Как только сильфон начнет омываться паром, жидкость испаряется, сильфон расширяется и перемещает клапан, за- крывая отверстие для выпуска конденсата. В других конструкциях для этой це- ли применяют биметаллические пластины. Термодинамические конденсатоотводчики являются конденсатоотводчи- ками непрерывного действия. Они получили в настоящее время наиболее широ- кое применение благодаря простоте конструкции, малым габаритам, надежно- сти в работе, низкой стоимости, высокой пропускной способности и малым по- терям пара. Тарельчатый конденсатоотводчик такого типа имеет всего одну подвиж- ную деталь - тарелку, свободно лежащую на седле. Проходящий конденсат при- поднимает тарелку и выходит через отводной канал. При поступлении пара та- релкка прижимается к седлу в связи с тем, что высокие скорости истечения пара создают под ней зону пониженного давления. Лабиринтные конденсатоотводчикиявляются конденсатоотводчиками непрерывного действия. Они содержат устройство в виде лабиринта, которое для пара создает большое гидравлическое сопротивление, а для воды (конденса- та) - значительно меньшее. Благодаря этому конденсат проходит через конден- сатоотводчик, а пар задерживается. Сопловые конденсатоотводчикиявляются конденсатоотводчиками непре- рывного действия. Они содержат устройство в виде ступенчатого сопла с рас- ширением, которое для конденсата не создает большого гидравлического сопр отивления. Для прохода пара сопротивление сопла значительно больше, так как при этом создается внезапное расширение пара, и скорость его сооответствует критическому перепаду давления ( в то время как на конденсат действует весь перепад давления). Благодаря этому конденсат проходит через конденсатоот- водчик, а пар задерживается. В целом конденсатоотводчики являются малонадежными и капризными устройствами и требуют частой ревизии. Более подробно о работе конденсато- отводчиков можно прочитать в учебниках по курсу «Отопление» в разделах, по- священных паровому отоплению. Следует отметить, что паровые системы ото- пления даже на промышленных предприятиях, имеющих собственную паровую котельную, повсеместно заменяются водяными системами, как более надежны- ми, легче регулируемыми и более долговечными. Поэтому актуальность приме- нения конденсатоотводчиков в настоящее время снизилась. 4. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ АРМАТУРЫ Среди эксплуатационных параметров арматуры выделяют следующие: энергетические (давление и температура); пропускная способность; коррозион- ная стойкость; тип привода; необходимый крутящий момент для управления арматурой; время срабатывания и другие. Самый важный параметр - давление среды. Разделяют условное, рабочее и пробное давление. Условное давление - это наибольшее избыточное рабочее давление при температуре 20 0 С, при котором обеспечивается длительная и безопасная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов. Существует стандартный ряд значений условных давлений, на которые проектируется ТА. Этот ряд давлений в МПа приведен ниже: 0,1 0,25 0,4 0,6 1 1,6 2,5 4 6,4 (8,0) 10,0 (12,5) 16 20 25 32 40 50 64 80 100 Значения давлений, указанные в скобках не рекомендуется применять, их следует использовать только для замены вышедшей из строя арматуры. По условному давлению ТА можно разделить на 6 групп: • для сверхвысокого и высокого вакуума (Р абс менее 0,1 Па) • для низкого и среднего вакуума (Р абс от 0,1 Па до 0,1 МПа) • для малых давлений (Р абс от 0.25 Мпа до 1,6 МПа) • для средних давлений (Р абс от 2,5 до 10 Мпа) • для высоких давлений (Р абс от 16 до 80 Мпа) • для сверхвысоких (Р абс от 100 Мпа и выше) Рабочее давление - это наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов при рабочей температуре проводимой среды. Учитывая, что прочность большинства конструкционных материалов уменьшается с увеличением температуры, условное давление арматуры должно быть больше рабочего. Иначе говоря, если бы арматура эксплуатировалась при 20 0 С, она могла бы выдержать большее давление, по сравнению с работой при повышенной температуре. Пробное давление - это избыточное давление, при котором арматура и соединительные части трубопроводов должны подвергаться гидравличе- скому испытанию водой на прочность при температуре не выше 100 0 С. В эксплуатационных условиях допускается превышение фактического ра- бочего давления над указанным в стандарте не более чем на 5%. При повышении температуры допускаемое давление снижается в различ- ной степени в зависимости от материала деталей корпуса, который в основном и определяет прочностные свойства арматуры. Снижение рабочего давления по сравнению с условным определяется ря- дом температурных ступени и соответствующими им поправочными коэффици- ентами: 1 0,9 0,8 0,71 0,64 0,56 0,5 0,45 0,4 0,36 0,32 0,26 0,25 0,22 Для каждого материала имеются таблицы, где указываются температурные интервалы для каждой ступени. По температурному режиму ТА можно разделить на 5 категорий: • обычная • для высоких температур • жаропрочная • для холодильной техники • криогенная Арматура обычная выпускается на различные диапазоны температур в за- висимости от материала корпуса: из углеродистой стали - до 425 0 С из ковкого чугуна марки КЧ - до 300 0 С из серого чугуна марки СЧ - до 225 0 С из латуни и бронзы - до 200 0 С Арматура для высоких температур предназначена для работы на потоках с температурой 450 - 600 0 С. Она изготавливается из специальных сталей. Арматура жаропрочная предназначена для работы на потоках с темпера- турой более 600 0 С. Она изготавливается из сп5ециальных жаростойких легиро- ванных сталей. Арматура для холодильной техники должна работать надежно в зоне от- рицательных температур до -153 0 С. Криогенная ТА предназначена для работы в условиях глубокого холода при температурах ниже -153 0 С. 5. МОНТАЖНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АРМАТУРЫ К монтажным параметрам ТА относятся: • условный диаметр прохода. • строительная длина • строительная высота • конструкция присоединительных патрубков • размеры присоединительных патрубков Номинальный диаметр отверстия в трубе или арматуре, служащего для пропуска рабочей среды, называется условным диаметром прохода и обозначается D y . Этот параметр установлен ГОСТом. По условному диаметру прохода арматура делится на следующие группы: • сверхмалых размеров • малых размеров • средних размеров • больших диаметров • сверхбольших диаметров К группе сверхмалых размеров относится ТА с D y до 5,0 мм включитель- но. Это как правило специальная или лабораторная арматура. В практике строи- тельства к этому типу арматуры можно отнести редукторы для баллонов сжатых газов. К этой же группе относится арматура различных приборов, связанных с перемещением газовых или жидкостных потоков: газоанализаторы, термостаты, испарители, химичекое оборудование и т.д. Присоединительные концы часто под штуцер или имеют готовый штуцер под шланг. К группе малых размеров относится ТА с D y от 6 до 40 мм включительно. Эта арматура применяется очень широко в ситемах отопления, теплоснабжения, холодного и горячего водоснабжения. Как правило, это муфтовая ТА, то есть присоединительные концы имеют внутреннюю резьбу. Материал корпуса чугун или цветные металлы, сталь для этой арматуры применяется редко, только если она рассчитана на работу при высоких давлениях. К группе средних размеров относится ТА с D y от 50 до 300 мм включи- тельно. Эта ТА широко применяется в системах отопления и теплоснабжения, холодного и горячего водоснабжения. Учитывая значительные диаметры, она устанавливается на вводах в здание или на магистральных трубопроводах. Ши- роко применяется арматура такого размера в котельных, ТЭЦ, технологических установках различного профиля. Изготавливается из чугуна, стали углероди- стой или легированной в зависимости от назначения. К группе больших диаметров относится ТА с D y от 350 до 1200 мм вклю- чительно. Это арматура устанавливается на магистральных трубопроводах или крупных трубопроводах тепловых станций, станций водоснабжения и канализа- ции. К группе сверхбольших диаметров относится ТА с D y от 1400 и выше. Такая арматура применяется в основном в металлургии и гидротехническом строительстве. В санитарно-технических системах она не применяется. Строительная длина характеризует длину участка трубы, который арма- тура замещает в трубопроводе. Строительные длины унифицированы для кла- панов и задвижек общепромышленной арматуры, для другой арматуры они не унифицированы. Строительная высота - это расстояние от оси прохода арматуры до конца шпинделя в верхнем положении. Знание строительных размеров арматуры очень важно на этапе проектиро- вания, чтобы правильно определить габариты, занимаемые арматурой. Игнори- рование этих параметров может привести к тому, что арматура не поместится в отведенном для нее месте. По конструкция присоединительных патрубков, как указывалось в разделе 1, арматура наиболее часто бывает муфтовая, фланцевая и под сварку. Муфтовая ТА изготавливается на малые диаметры. Как правило, на арма- туре наносят внутреннюю трубную резьбу соответствующего диаметра, а сна- ружи присоединительные концы оформляются в виде шестигранника «под ключ». Размеры присоединительных концов ГОСТированы. Трубная резьба представляет из себя дюймовую резьбу с мелким шагом. Дюймовая резьба, в отличие от метрической, имеет при вершине профиля угол не 60 0 , а 55 0 . Мелкий шаг означает, что шаг резьбы и высота зубьев не зависят от диаметра трубопро- вода. Мелкий шаг применяется потому, что при выполнении на трубе резьбы с обычным шагом высота зубьев получилась бы такой большой, что превысила бы толщину стенки трубы. Муфтовое соединение обладает рядом преимуществ. Оно технологично, резьба может формироваться различным способом - штамповкой, накаткой, на- резкой, причем нарезка может быть произведена простыми приспособлениями в условиях мелкой мастерской и даже дома. Муфтовое соединение легко и доста- точно надежно герметизируется льняной прядью или лентой ФУМ. Для муфто- вого соединения трубопровода и арматуры не требуются дополнительные кре- пежные детали. Вместе с тем этому виду соединения присущи и недостатки. Самый глав- ный заключается в том, что вследствие нарезки резьбы уменьшается толщина стенки трубы, что приводит к снижению прочности и долговечности соедине- ния. Это не позволяет нарезать резьбу на тонкостенных трубах. Кроме того, для |