Запорно-регулирующая арматура.

Арматура – это устройства для управления транспортируемой по трубопроводам систем рабочей средой.

Корпуса арматуры изготовляют литыми, сварными или штампо-сварными. Материал арматуры должен соответствовать материалу труб, чтобы не вызывать контактную коррозию в местах соединения арматуры с трубами, в ином случае должна применяться соответствующая защита от контактной коррозии. Основными материалами служат сталь, бронза, латунь.

Типы арматуры.

1. Клапаны.

Это вид арматуры, в которой проход трубопровода перекрывается специальной деталью – тарелкой, перемещающейся возвратно-поступательно по нормали к плоскости седла (места перекрытия канала трубопровода). Клапаны применяются при диаметрах до 500 мм и давлениях до 6, 5 МПа.

Достоинство клапанов - надёжность закрытия.

Недостаток - большое гидравлическое сопротивление.

В зависимости от формы корпуса клапаны могут быть проходными и угловыми.

По способу соединения с трубопроводами существуют клапаны фланцевые, штуцерные и муфтовые.

По выполняемым функциям выделяют следующие типы клапанов:

- запорный клапан (рисунок 1.3.2.1). У таких клапанов шпиндель 6 и тарелка 2 жёстко связаны. В крайнем нижнем положении шпинделя тарелка прижимается к седлу и перекрывает проход трубопровода, в крайнем верхнем положении шпинделя тарелка поднимается над седлом и обеспечивает пропускание среды в обоих направлениях.

Рис. 1.3.2.1. Схема проходного запорного клапана:

1- корпус, 2 – тарелка, 3 –крышка,

4 – винтовой механизм, 5 – маховик, 6 – шпиндель.

Для предотвращения протекания среды вдоль шпинделя применяются два типа уплотнения: сальниковое и сильфонное. Сальниковое уплотнение (асбестовый шнур в графитово- масляной пропитке) применяется в системах, в которых допустимы небольшие протечки и незначительное загрязнения среды. При повышенных требованиях (например, когда средой является дистиллят или пар) применяется сильфонное уплотнение, обеспечивающее полную герметичность.

Если заранее известно направление потока, то клапан рекомендуется устанавливать так, чтобы поток шёл " под тарелку", так как при обратном направлении и не полностью поднятой тарелке могут возникать её колебания, что нарушает нормальную работу клапана.

Запорный клапан может иметь любое положение в пространстве.

Угловые клапаны применяются при необходимости совмещения запорной операции и изменения направления трубопровода на 90⁰. Кроме формы корпуса, устройство углового клапана в общем аналогично проходному.

- невозвратный клапан (рисунок 1.3.2.2). Такие клапаны не имеют шпинделя и маховика, тарелка 2 прижимается к седлу собственным весом и давлением среды (в некоторых клапанах небольшого размера - ещё и пружиной 4). Тарелка поднимается и пропускает среду только в том случае, если давление в нижней полости клапана больше, чем в верхней. В противном случае клапан будет закрыт. Таким образом, невозвратные клапаны служат для автоматического пропускания среды только в одном направлении.

Рис. 1.3.2.2. Схема невозвратного клапана:

1- корпус, 2 – тарелка, 3 – крышка с направляющей втулкой, 4 – пружина.

Большую роль в работе невозвратного клапана играет сила тяжести, прижимающая тарелку к седлу, поэтому располагать невозвратные клапаны в пространстве произвольно нельзя - седло должно располагаться горизонтально. Произвольное расположение допускается только для подпружиненных клапанов.

- невозвратно-запорный клапан (рисунок 1.3.2.3). В отличие от запорного клапана, шпиндель и тарелка не связаны друг с другом. Опущенный шпиндель прижимает тарелку к седлу и закрывает клапан. При поднятом шпинделе клапан работает как невозвратный, пропуская среду только в одном направлении, из нижней полости в верхнюю.

Рис. 1.3.2.3. Схема невозвратно-запорного клапана:

1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – шпиндель, 4 – маховик.

Требования к расположению невозвратно-запорных клапанов в пространстве аналогичны требованиям для невозвратных клапанов.

- невозвратно-управляемый клапан (рисунок 1.3.2.4). Сочетает в себе функции невозвратного и запорного клапанов. Шпиндель 4 и тарелка 2 соединены между собой с определённым зазором с помощью втулки 3 и шайбы 6. В нижнем положении шпинделя тарелка прижата к седлу и клапан закрыт, в верхнем положении шпинделя тарелка поднята и среда может проходить в обоих направлениях, а в промежуточном положении клапан работает как невозвратный.

Рис. 1.3.2.4. Схема невозвратно-управляемого клапана:

1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – втулка,

4 – шпиндель, 5 – маховик, 6 – шайба.

- предохранительный клапан (рисунок 1.3.2.5). Предназначен для предотвращения разрушения элементов системы при чрезмерном повышении давления среды.

Рис. 1.3.2.5. Схема предохранительного клапана:

1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – направляющая втулка, 4 – пружина, 5 – механизм регулировки пружины.

Тарелка 2 прижимается к седлу пружиной 4, сжатие которой регулируется специальным устройством 5. При превышении давления среды над рабочим тарелка отжимается от седла и клапан открывается. После выхода части среды из трубопровода и понижения давления в нём тарелка под действием пружины вновь прижимается к седлу, закрывая клапан.

- дроссельный клапан (рисунок 1.3.2.6). Служит для понижения статического давления рабочей среды в трубопроводе. Работает по принципу введения в поток среды дроссельного затвора обтекаемой формы, создающего значительное гидравлическое сопротивление.

Рис. 1.3.2.6. Схема дроссельного клапана:

1 – корпус, 2 – дроссельный затвор, 3 – шпиндель, 4 – винтовой механизм.

- редукционный клапан (рисунок 1.3.2.7). Служит для понижения давления в трубопроводе и для автоматического поддержания пониженного давления на заданном уровне.

Рис. 1.3.2.7. Схема редукционного клапана:

1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – поршень со штоком, 4 – рабочая пружина, 5 – поджимное устройство, 6 – вспомогательная пружина.

Понижение давления среды происходит при её прохождении через кольцевую щель, образованную тарелкой 2 и седлом. Размер этой щели можно регулировать. Автоматическое поддержание заданного давления обеспечивает подвижная система из тарелки 2, поршня со штоком 3, рабочей 4 и вспомогательной 6 пружин. С одной стороны на эту систему действует создаваемая рабочей пружиной сила Р₀, с другой стороны – сила редуцированного давления среды Р_ред и сила, создаваемая вспомогательной пружиной Р₁. При выполнении условия Р₀ = Р_ред + Р₁ система находится в равновесии. При колебаниях редуцированного давления подвижная система приходит в движение, величина зазора между тарелкой и седлом изменяется, причём таким образом, что восстанавливается заданное значение редуцированного давления. Колебание давления на входе в клапан не сказывается на положении подвижной системы (оно действует на тарелку и поршень в противоположных направлениях). Настройка клапана на заданное давление осуществляется регулировкой сжатия рабочей пружины.

2. Краны – вид арматуры, в которой канал трубопровода перекрывается цилиндрической, конической или шаровой пробкой с одной или с несколькими прорезями различной формы. Перекрытие канала обеспечивается притёртостью пробки, поэтому краны используются при относительно небольших диаметрах (до 80 мм) и давлениях (до 0, 1 МПа).

Выделяют следующие виды кранов:

- проходные, имеющие одну прорезь в виде прямого канала и сообщающие между собой два трубопровода (рис. 1.3.2.8);

Рис. 1.3.2.8. Кран проходной пробковый фланцевый:

1-корпус; 2-пробка; 3-втулка нажимная;

4-набивка сальниковая; 5-рукоятка; 6-шпилька.

- трёхходовые, имеющие в пробке одну прорезьL- или Т-образной формы и сообщающие между собой три трубопровода (рис. 1.3.2.9);

Рис. 1.3.2.9. Трехходовые пробковые краны:

а) – с L- образной пробкой; б)- с Т-образной пробкой.

Кран с L - образной пробкой имеет три возможных положения, а с Т-образной - четыре.

- краны-манипуляторы, имеющие в пробке несколько прорезей различной формы и сообщающие между собой три, четыре и более трубопроводов (применяются, например, в системах гидравлики).

Достоинства кранов: сравнительно малое гидравлическое сопротивление, малая масса и габариты.

Недостатки: необходимость тщательной притирки пробки и уплотнения для обеспечения герметичности, опасность гидравлического удара при быстром закрытии крана (поэтому не рекомендуется использование кранов в системах со скоростью движения среды более 1 м/с).

Проходные краны в современных судовых системах не применяются, кроме кранов с шаровой пробкой. Такие краны обладает хорошей герметичностью (пробка сферической формы и плотно пригнанный к ней корпус исключает необходимость в сальниковом уплотнении), долговечностью и отсутствием гидравлического сопротивления (так как форма канала в пробке точно соответствует форме присоединяемого трубопровода). Такие клапаны находят применение в неответственных судовых системах (бытового водоснабжения и отопления).

По способу соединения с трубопроводами существуют краны фланцевые, штуцерные и муфтовые.

3. Задвижки – вид арматуры, в которой проход трубопровода перекрывается плоским или клиновидным затвором, перемещающимся по нормали к оси трубопровода.

Задвижки с затвором в виде клина или двух шарнирно соединённых дисков называют клинкетами (рисунок 1.3.2.10).

Рис. 1.3.2.10. Схема клинкетной задвижки:

1 – корпус, 2 – клин, 3 – гайка, 4 – шпиндель, 5 – ниша корпуса, 6 – маховик с рукояткой.

Задвижки с плоскими затворами используют для газообразных сред, задвижки с клиновидным затвором – для жидких сред (клиновидная форма способствует уплотнению паза, в который входит затвор).

Достоинства задвижек: наименьшее гидравлическое сопротивление из всех видов арматуры; меньшее усилие закрытия.

Недостатки: плотность запирания трубопроводов меньше, чем у клапанов; время закрытия в несколько раз больше, чем у клапанов.

Вследствие малого гидравлического сопротивления клинкетные задвижки устанавливаются там, где крайне важно уменьшить гидравлическое сопротивление (на всасывающей линии насоса), а также в системах с постоянным движением среды.

Для судовых систем используются клинкеты по ОСТ 5Р.5234-75. применяются только фланцевые клинкеты, штуцерных и муфтовых для судовых систем не существует. Диапазон условных проходов D_У65 - D_У350, но возможны и большие значения.

4. Поворотные затворы – вид арматуры, в которой в качестве запорного органа служит круглый диск, поворачивающийся вокруг оси, проходящей через линию симметрии трубопровода. Применяются при диаметрах трубопроводов 300 – 1000 мм и при давлениях до 1, 0 МПа. В закрытом положении диск перекрывает проход трубопровода, в открытом положении он повёрнут на 90⁰ и обтекается средой с обеих сторон. Преимущества поворотных затворов – простота конструкции, малое гидравлическое сопротивление, малая масса и габариты.

Приводы управления арматурой.

Приводы подразделяют на местные и дистанционные.

Местные приводы установлены непосредственно на объекте. К местным ручным приводам относят маховики, рукоятки, ключи, которые обычно входят в состав арматуры в качестве отдельных узлов.

Дистанционные приводы служат для управления в отдалении от объекта, когда непосредственный доступ к арматуре затруднён.

К дистанционным приводам относятся:

- тросовые приводы, представляющие собой систему тросов диаметром 3 – 7 мм и блоков;

- валиковые приводы, использующие для передачи крутящего момента валики, представляющие собой трубы диаметром 32 – 70 мм. Валики соединяются между собой с помощью соединительных и ходовых муфт. Изменение направления линии валиков осуществляется с помощью шарнирных муфт или конических зубчатых передач. К элементам набора валики крепятся кронштейнами. Непроницаемость прохода валиков через водонепроницаемые переборки и палубы обеспечивается использованием палубно-переборочных сальников.

Схема валикового привода представлена на рисунке 1.3.2.11.

Рис. 1.3.2.11. Схема валикового привода

Достоинство: простота и надёжность.

Недостатки: значительная масса и габариты, ограниченная дальность управления.

Дистанционное управление.

Для возможности дистанционного управления работой систем используется специальная арматура. Такая арматура по конструкции главных элементов аналогична арматуре с ручным управлением, только перемещающий запорный орган шпиндель приводится в движение специальным исполнительным механизмом.

Основные требования к арматуре с дистанционным управлением:

- осуществление надёжного контроля над закрытием и открытием арматуры;

- обеспечение требуемой скорости срабатывания;

- исключение самопроизвольного изменения режима работы управляемого объекта;

- возможность использования в случае необходимости резервных средств управления (ручных);

Для дистанционного управления арматурой может применяться гидропривод, пневмопривод и электропривод.

1. Гидропривод.

В гидравлическом приводе потенциальная энергия (давление) жидкости, полученная в объёмном насосе, передаётся к исполнительному механизму и преобразуется в механическую работу открытия или закрытия арматуры. В качестве рабочих жидкостей в гидроприводах используют вязкие капельные жидкости, чаще всего минеральные масла высокой очистки. Для поддержания заданного давления (10 – 15 МПа) при неработающих насосах и обеспечения плавности срабатывания привода в его состав включают гидроаккумуляторы. В качестве распределительных устройств используются клапанные, крановые и золотниковые манипуляторы. В качестве исполнительных механизмов наибольшее распространение получили однополостные подпружиненные сервоприводы, двухполостные сервоприводы, реечные и рычажные гидромашинки, реже – гидромоторы.

Схема гидропривода представлена на рисунке 1.3.2.12.

Рис. 1.3.2.12. Схема гидравлического привода.

В состав привода входят бак с рабочей жидкостью (маслом) 1, насос 6, пневмогидроаккумулятор 4, трубопроводы 5, кран-манипулятор 3, исполнительный механизм 2 (двухполостной сервопривод), управляющий шпинделем клапана. С помощью крана-манипулятора поток масла направляется в одну из полостей гидроцилиндра 2, для другой полости одновременно открывается слив масла в бак.

Достоинства гидропривода: надёжность и плавность работы, простота предохранения от перегрузок, возможность создания больших усилий и одновременного управления большим количеством арматуры, свобода компоновки.

Недостатки: большая масса, сложность монтажа и контроля работы исполнительных механизмов.

2. Пневмопривод.

По принципу действия пневматический привод подобен гидравлическому, с той разницей, что в качестве рабочей среды используется сжатый воздух давлением до 4, 5 МПа, получаемый от системы воздуха среднего давления.

Управление впуском воздуха осуществляется краном-манипулятором. Системы пневмопривода выполняются открытыми (отработавший в исполнительном механизме воздух стравливается в атмосферу).

Достоинства: пневматический привод легче гидравлического и проще по конструкции, обладает большей быстротой срабатывания.

Недостатки: из-за стравливания воздуха работа пневмопривода сопровождается шумом, расширение воздуха приводит к неравномерности срабатывания.

3. Электропривод.

Используется для преобразования электрической энергии в механическую работу закрытия или открытия арматуры.

В состав привода входят: источник электроэнергии, электрокабели, пульт управления и исполнительный механизм.

Питание электропривода осуществляется от общесудовой электросети или аккумуляторных батарей.

По характеру движения выходного звена электроприводы подразделяют на:

- поворотные, обеспечивающие поворот по дуге до 360⁰ (для управления кранами и поворотными затворами);

- многооборотные, обеспечивающие вращательное движение выходного звена (для управления задвижками);

- прямоходные, обеспечивающие поступательное движение выходного звена (для управления клапанами).

В качестве исполнительных механизмов могут использоваться электродвигатели и электромагниты. Привод с электродвигателями получается весьма громоздким и требует значительных электрических мощностей, поэтому не получил распространения для управления судовой арматурой. В основном применяется электромагнитный привод, отличающийся малыми габаритами, быстротой действия и лёгкостью управления.

Для арматуры условным проходом до D_У50 наиболее компактным и технологичным является электропривод. Однако, его недостатком является необходимость обеспечения электрозащиты и пожарной безопасности.

Для арматуры условным проходом более D_У50 наиболее компактным и технологичным является гидропривод и пневмопривод. Использование пневмопривода запрещается на арматуре, установленной внутри цистерн с жидкостью – обрыв трубопровода сжатого воздуха может привести к разрушению цистерны и гибели судна.

Схемы систем дистанционного управления арматурой.

По принципу действия выделяются разомкнутые и следящие системы. Однополостные сервоприводы могут использоваться только в разомкнутых системах, двухполостные с фиксацией положения - и в тех, и в других.

Разомкнутые системы.

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒