Трубопропроводная арматура (курс лекций)
 Скачать 291.22 Kb.
|
|
Фланцевая арматура выпускается на диаметры от 50 до 500 мм. Фланцевое соединение как таковое очень широко применяется в технике. Фланцы соединяются между собой болтами, между ними вставляется прокладка из различных материалов. Преимуществом фланцевого соединения является надежность, простота со- единения, возможность многократной разборки и соединения. Вместе с тем расход металла на фланцы весьма значительный, а трудоем- кость их изготовления достаточно высока. При увеличении диаметра трубопро- вода толщина и масса фланцев существенно возрастают, что увеличивает рас- ход металла. Сильно увеличивается и количество болтов, которое требуется для стыковки фланцев, что приводит к возрастанию трудоемкости их сборки. Кроме того, если фланцы небольших диаметров могут быть изготовлены из распро- страненного листового металла толщиной 8 - 15 мм, то фланцы больших разме- ров должны изготавливаться из дефицитного толстолистового металла или круглого профиля большого диаметра, что удорожает их изготовление. Для из- готовления фланцев больших размеров требуются крупногабаритные токарные станки, что редко бывает в условиях рядового предприятия. При токарных ра- ботах много металла идет в отходы. С увеличением диаметра трубопровода воз- растает усилие на фланцы и повышается вероятность разрыва и выдавливания прокладки. Типы применяемых фланцев зависят от условного диаметра и рабочего давления среды. Существует много типов фланцем, отметим здесь лишь основ- ные: • без выступа стальные плоские приварные • плоские приварные с соединительным выступом • с выступом или впадиной из серого чугуна • с шипом или пазом Плоские фланцы бывают самодельного и заводского изготовления. Стальной плоский приварной фланец без выступа наиболее прост по конструкции, может быть изготовлен из обычной листовой стали и применяется на трубопроводах малых диаметров. Прокладка, заложенная между двумя пло- скими фланцами, сжимается по всей поверхности фланцев, что не позволяет развить больших давлений на материал и достичь предела текучести. Тот факт, что отсутствуют выступы на фланце и прокладка зажимается по всей поверхно- сти фланца, затрудняет ее центровку в соединении. При наличии плоских флан- цев следует использовать упругие прокладки с малой жесткостью. Наличие ца- рапин на фланце в радиальном направлении может привести к тому, что не уда- стся достичь герметичности соединения. Учитывая существенных отсутствие неровностей (выступов) на поверхности фланцев, прокладка может легко сколь- зить по поверхности, что повышает вероятность ее разрыва и выдавливания давлением в трубопроводе. Поэтому плоские фланцы ненадежны на трубопро- водах больших диаметров. Плоские фланцы с соединительным выступом обычно бывают заво- дского изготовления, но могут быть изготовлены и в условиях механических цехов завода. Онишироко применяются на трубопроводах малых и средних диаметров благодаря большей надежности. Они имеют выступ на своей поверх- ности, что облегчает центрирование прокладки. На уплотнительной поверхно- сти фланца может наноситься ряд концентрических неглубоких треугольных канавок, что резко увеличивает его герметичность. При давлении на прокладку в момент стягивания фланцевого соединения материал прокладки деформирует- ся, достигнув предела текучести, и заполняет собой углубления канавок, пре- пятствуя образованию непрерывных радиальных щелей в месте царапин по- верхности. Фланцы с выступом или впадиной из серого чугуна бывают только за- водского изготовления. Они соединяются так, что выступ одного фланца входит во впадину второго, за счет чего обеспечивается большая герметичность соеди- нения. Фланцы с шипом и пазом так жебывают только заводского изготовления. Они соединяются так, что шип одного фланца входит в паз второго, за счет чего обеспечивается большая герметичность соединения. Для арматуры больших и сверхбольших диаметров присоединительные концы подготавливают под приварку, то есть они представляют из себя просто отростки трубы, концы которых подготовлены под сварку - выровнена и за- шлифована поверхность, снята требуемая фаска. При монтаже такие присоеди- нительные патрубки просто привариваются к трубопроводу. Как указывалось выше, размеры присоединительных концов для муфто- вой арматуры ГОСТированы и зависят только от условного диаметру ТА. Размеры присоединительных фланцев могут быть различными даже при одинаковом диаметре трубопроводов, в зависимости от назначения арматуры и рабочего давления. Поэтому, при присоединении трубопровода к арматуре важ- но на трубопроводе установить именно такой фланец, который имеется на арма- туре. Диаметры самих фланцев, размеры прокладок, размеры и количество от- верстий под болты на фланцах приводятся в специальной литературе: справоч- никах проектировщика, справочниках по трубопроводной арматуре, каталогах арматуры. В некоторых случаях, когда не удается найти описание фланца для арматуры, единственным способом является натурный обмер фланца арматуры и изготовление ответного фланца по эскизным чертежам. 6. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ АРМАТУРЫ Материалы, применяемые в ТА, можно по назначению разделить на сле- дующие группы: • корпусные • уплотнительные • прокладочные • герметизирующие (набивные) • смазки Корпусные материалы предназначены для изготовления корпуса армату- ры. Они должны обладать достаточной прочностью, коррозионной стойкостью, технологичностью обработки, хорошими литейными свойствами, так как кор- пуса арматуры чаще всего изготавливают методом литья. Уплотнительные материалы используются в ТА для создания и уплотни- тельных поверхностей седла и затвора. Требования к ним в различной арматуре очень противоречивы и разнообразны. Они должны обладать упругостью, хо- рошо шлифоваться, иметь неплохие антифрикционные свойства. Прокладочные материалы применяются для изготовления уплотнитель- ных прокладок. Они должны иметь низкую стоимость, легко обрабатываться, изготавливаться в виде листов, выдерживать температурные воздействия, про- тивостоять воздействию агрессивных жидкостей, обладать упругостью и теку- честью. Герметизирующие материалы применяются для герметизации узлов про- хода шпинделя или штока через крышку корпуса. Они должны обладать упру- гостью, гидрофобностью, термостойкостью, долговечностью, низкой стоимо- стью. Смазки применяются для уменьшения трения в подвижных деталях арма- туры. В некоторых случаях смазки применяются для уменьшения трения про- кладочных материалов в момент монтажа арматуры. Они должны обладать тер- мостойкостью, низким коэффициентом трения, технологичностью нанасения. 6.1. Корпусные материалы Чугун представляет из себя железо с повышенным содержанием углерода. Чугун - тяжелый металл серого цвета. Как конструкционный материал исполь- зуется очень широко, обладает высокой твердостью, достаточно низкой стоимо- стью и хорошими литейными свойствами. В отличие от низкоуглеродистой ста- ли обладает высокой коррозионной стойкостью, что резко повышает долговеч- ность изделий, работающих в контакте с водой. Основным недостатком чугуна как корпусного материала является его хрупкость - он колется при приложении ударной или растягивающей нагрузки. С арматурой из чугуна следует обра- щаться достаточно аккуратно: не подвергать ее ударам, при навертывании резь- бы не прилагать чрезмерных усилий, не допускать замерзания воды в корпусе арматуры в зимнее время. Существует несколько видов чугуна, используемых для изготовления кор- пусов арматуры: серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун. Серый чу- гун наиболее хрупкий. Ковкий чугун хотя и не может коваться, однако его вяз- кость и прочность выше, а хрупкость меньше. Высокопрочный чугун занимает промежуточное место между сталью и серым чугуном, из всех чугунов он наи- менее хрупкий. Чугунная арматура для повышения коррозионной стойкости может изго- тавливаться с внутренним защитным покрытием из различных материалов - эмали, пластмассы, резина. Существует несколько видов чугуна, используемых для изготовления кор- пусов арматуры: серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун. Сталь представляет из себя железо с низким содержанием углерода. Это очень распространенный конструкционный материал, благодаря хорошим ли- тейным качествам, пластичности, легкости обработки. Твердость стали меньше, чем у чугуна. Сталь не обладает хрупкостью, то есть не колется. Сталь хорошо подвергается механической обработке - точению, сверлению, фрезерованию, шлифованию. Стоимость стальной арматуры достаточно низкая. Легированная сталь - это сталь с небольшими добавками других металлов для получения определённых свойств. За счет легирующих добавок повышается прочность стали и верхний температурный предел рабочего диапазона, повы- шаются коррозионная стойкость и твердость. Как правило, легирование осуще- ствляется добавками хрома, марганца, ванадия, кобальта и других металлов. К легированным сталям относится нержавеющая сталь, обладающая повышен- ной коррозионной стойкостью, а так же жаростойкая сталь, используемая для арматуры, эксплуатируемой при высоких температурах. В отличие от обычной конструкционной стали легированные стали часто не обладают ферромагнит- ными свойствами. Латунь представляет из себя сплав меди и цинка с небольшими добавками других металлов, используется для арматуры, работающей при температуре ме- нее 250 0 С. Латунь - очень пластичный металл, обладает хорошими литейными свойствами, хорошо подвергается механической обработке, отлично шлифуется и полируется, что при необходимости позволяет получить очень высокое каче- ство поверхности. Из латуни в технике изготавливают корпуса различных изде- лий, включая точные приборы и механизмы. Высокое качество шлифовки по- зволяет изготавливать уплотнительные поверхности седла прямо на корпусе ар- матуры без нанесения слоя другого металла. Латунь по сравнению со сталью значительно лучше противостоит коррозии в присутствии воды и водяных па- ров. Стоимость латуни, как и любого другого цветного металла, выше стоимо- сти стали, что ограничивает ее использование арматурой малых размеров. Бронза представляет из себя сплав меди и олова с небольшими добавками других металлов. Бронза хорошо противостоит коррозии, хорошо обрабатыва- ется. В отличие от латуни бронза при точении образует не витую стружку, а мелко крошится, однако качество поверхности после обработки высокое. Ли- тейные свойства бронзы человек узнал очень давно. Стоимость бронзы, как и латуни, достаточно высока, она тоже применяется для арматуры малых разме- ров. Из бронзы на стальной арматуре изготавливают уплотнительные кольца. Алюминиевые сплавы применяются для специальной арматуры малых размеров, работающей при температурах до 100 0 С. Алюминий обладает малой плотностью, что делает арматуру из него очень легкой. Это пластичный металл, хорошо отливается, легко подвергается пластической обработке. Недостатком является малая прочность по сравнению с ранее рассмотренными корпусными материалами. Температура плавления алюминия 650 0С, однако он теряет проч- ность при значительно меньших температурах. При температурах около 600 0С алюминий и его сплавы становятся хрупкими, и их можно истолочь в порошок. Коррозионная стойкость алюминия достаточно высока благодаря наличию за- щитной окисной пленки на его поверхности. Алюминий плохо противостоит действию щелочей. Никелевые сплавы представляют из себя никель с добавками различных металлов. Никель и его сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошо проти- востоят действию морской воды, сохраняют прочность и пластичность при низ- ких температурах. В интервале температур от -271 0 С до +600 0 С свойства ни- келя практически не изменяются, что позволяет использовать его и в криоген- ной арматуре, и в арматуре, работающей при повышенных температурах. Из никелевых сплавов отметим монель, сплав 68 % Ni , 28% Cu , 2.5 Fe , 1.5 Mn. Этот сплав широко применяется для арматуры, эксплуатируемой в морской во- де. Титан - серебристо белый легкий металл, имеет высокую температуру плавления, применяется в авиации, а так же в технике как металл, хорошо про- тивостоящий коррозии. Однако он имеет плохие антифрикционные свойства, уплотнительные поверхности из титана склонны к задиранию. В основном из этого металла изготавливают химическую арматуру. Стоимость его высока, по- этому арматура общепромышленного назначения из него не изготавливается. Фарфор - керамический материал. Как большинство керамик, фарфор об- ладает высокой химической стойкостью, отсутствием коррозии, поэтому при- меняется для изготовления химической арматуры. Недостатком фарфора явля- ется хрупкость и малая прочность на изгиб и растяжение, на сжатие фарфор ра- ботает хорошо. Как правило, арматура из фарфора не рассчитана на высокие давления. Температурный предел у фарфора высокий. Пластмассы являются органическими материалами, они горючи и имеют низкую прочность. Из пластмасс для изготовления арматуры наиболее широкое применение нашли винипласт (поливинилхлорид, полихлорвинил) и полиэти- лен. Пластмассы обладают очень высокой химической стойкостью, что позво- ляет изготавливать из них химическую арматуру. Стоимость пластмасс невысо- ка, поэтому в последнее время появилась арматура малых диаметров общего на- значения, выполненная из пластмассы. Рабочее давление этой арматуры ниже, чем металлической, однако она может успешно использоваться в системах, где давления невелики. Недостатком винипласта является его низкая морозостой- кость, что не позволяет использоваь арматуру из него в уличных условиях. 6.2. Уплотнительные материалы Уплотнительные материалы применяются в том случае, когда материал корпуса арматуры не позволяет получить удовлетворительное качество уплот- нительной поверхности седла. В этом случае производится наплавка колец из другого материала в пламени электрической дуги или ацетиленовой горелки с последующей механической обработкой поверхности кольца. Сплавы для на- плавки уплотнительных колец должны обладать хорошими антифрикционными свойствами, малой склонностью к образованию задиров, хорошо шлифоваться, обладать коррозионной стойкостью. Для этих целей применяют бронзу, латунь, монель-металл, нержавеющую сталь. Уплотнительные поверхности тарелок вентилей, клапанов и другой арматуры малого диаметра, где усилия на поверхности не слишком велики, часто выпол- няют из неметаллических материалов - пластмассы, резины, кожи. Для армату- ры крупных размеров неметаллические материалы не применяют. 6.3. Прокладочные материалы. Прокладочные материалы применяют для уплотнения как мест соединения крышки и корпуса арматуры, так и мест соединения арматуры с ттрубопрово- дом, то есть присоединительных патрубков. Выбор уплотнительных материалов весьма широк, сюда входят как металлические, так и неметаллические. Резина представляет из себя продукт термической обработки (вулканизации) смеси каучука и серы. Это очень упругий материал, обладает малой прочно- стью. Резиновые уплотнитель ные прокладки могут вырезаться или штампо- ваться из листовой резины, или формоваться в процессе вулканизации. Обычная резина выдерживает температуры до 50 0 С , а специальная теплостойкая до 140 0 С. Резина горюча и не должна применяться при повышенных температурах. Ре- зиновые прокладки в зависимости от сорта резины обладают средней или высо- кой степенью релаксации, то есть способностью восстанавливать свою форму после снятия нагрузки. Это позволяет в некоторых случаях использовать про- кладку повторно после разборки соединения. Картон целлюлозный применяется для воды и пара низкого давления и может работать при температурах не более 120 0 C и давлении не более 0.6 Мпа. Пре- имуществом этого материала является низкая стоимость и простота обработки. Он хорошо уплотняется, обладает малой релаксацией, то есть не восстанавлива- ет свою форму после сжатия. Асбест - это неорганический природный материал белого цвета, который применяется при повышенных и высоких температурах. Выпускается в виде листового материала, картона или шнуров. Сам по себе асбест непрочный, рых- лый материал, обладает плохими антифрикционными свойствами. Для улучше- ния фрикционных свойств прокладочный материал из асбеста часто графити- руют, то есть посыпают или натирают порошковым графитом, который является хорошим смазочным материалом. Листовой паранит представляет из себя продукт вулканизации смеси ас- бестовых волокон (60-70%), растворителя, каучука (12-15%), минеральных на- полнителей (15-18%) и серы (1.2-8.0%) и последующего вальцевания под боль- шим давлением. Паранит является универсальным прокладочным материалом. При давлении выше 320 МПа он начинает течь, то есть достигается предел текучести, в ре- зультате чего все неплотности в соединении заполняются материалом и обеспе- чивается герметичность соединения. Толщина прокладки должна быть мини- мальной, однако достаточной для заполнения канавок и неровностей. При уве- личении толщины прокладки повышается вероятность ее выдавливания, поэто- му не рекомендуется ставить толстые прокладки. Паранит выпускается в виде листов толщиной до 6 мм, он легко режется, рубится, из него можно вырезать фигурные прокладки. Это самый распространенный прокладочный материал для средних диаметров арматуры. Металлические прокладки присменяются как штатный прокладочный материал. Как правило, используются прокладки из цветных металлов. Недос- татком является невозможность самостоятельного изготовления такой проклад- ки, а так же большая релаксация напряжений. Льняная прядь используется для уплотнения резьбовых соединений. Ре- ред применение льняная прядь должна смазывается суриком, разведенным на натуральной олифе, что придает ей гидрофобные свойства. Натуральная олифа, в отличие от синтетической, не высыхает при отсутствии кислорода, поэтому резьбовое соединение, собранное с таким уплотнителем, может быть легко ра- зобрано через много лет. Льняная прядь обладает хорошей упругостью, сто позволяет при монтаже даже сделать часть оборота в направлении развинчивания соединения без потери герметичности. Это очень важно для правильного разворота трубопровода при монтаже. |