Курс Трубопроводная арматура. Модуль Краткий курс для менеджеров

Рис. 2.32. Зависимость рабочего давления в шаровых кранах

с уплотнениями из фторопласта от температуры

A -2"; B -3…4"; C -6…8"; D – 10…12"

Нейлоны, полиэстер – кетоны (РЕЕК), флубон, и другие модификации фторопласта, графитовые уплотнения, обычно терморасширенный графит, – используются для повышения стойкости при высоких давлениях и температурах.

Полностью футерованные шаровые краны, как и пробковые краны, изготавливаются для сильноагрессивных рабочих сред. Все соприкасающиеся со средой поверхности защищены фторуглеродным покрытием.

Шар может также быть полностью футерованным или изготовленным из твёрдой керамики. При этом он обеспечивает меньший крутящий момент по сравнению с футерованными пробковыми кранами. Как и в футерованных пробковых кранах, если покрытие будет повреждено, ресурс незащищённого металлического корпуса существенно снижается.

Шаровые краны с мягкими уплотнительными кольцами могут использоваться для регулирования только с малыми перепадами давления. В противном случае высокая скорость среды быстро разрушает уплотнительные кольца. При необходимости использования кранов для регулирования с большими перепадами давления и высокими скоростями рабочих сред применяются металлические уплотнительные кольца и твёрдые покрытия шаров.

Шаровые краны для низких температур

Шаровые краны широко используются для низких температур, включая криогенные, сжиженных природного и нефтяного газа, жидкого азота, кислорода. Это позволяет легко автоматизировать технологические процессы и расширять диапазон применения шаровых кранов.

Краны для низких температур до – 50 °С изготавливают из углеродистых, а для температур до –196 °С – из нержавеющих сталей.

Фторопластовые уплотнения при низких температурах становятся жёсткими, и это является причиной резкого увеличения крутящего момента.

Удлинённая крышка предохраняет уплотнительные кольца штока от действия криогенных температур и образования льда вокруг неё.

Особенностью испытаний таких кранов является необходимость проверки всех элементов на герметичность и работу с легковскипающими жидкостями, часто по требованию инжиниринговых компаний необходимыми являются криогенный тест, включая тест на «холодовой» шок, проводимый при захолаживании арматуры.

Шаровые краны для высоких температур

Максимальные температуры, при которых могут работать шаровые краны, определяются стойкостью к высоким температурам уплотнительных материалов.

Чистый фторопласт обладает высоким коэффициентом термического расширения. Для снижения этого коэффициента могут быть применены примеси силикона или графита.

Обычные материалы могут использоваться при температуре ниже 240 °С.

Для более высоких температур должны применяться другие материалы, например, терморасширенный графит, полиамид, РЕЕК или РЕS, которые могут повысить температурный предел до 350 °С.

Шаровые краны с металлическими уплотнениями становятся всё более популярными в применении как на абразивных средах, так и при высоких температурах вплоть до 1000 °С, вытесняя клиновые задвижки.

Использование шаровых кранов становится таким же широким и разнообразным, как разнообразны технологические процессы в промышленности. Оно распространяется от простых условий эксплуатации, таких как использование на воде, растворителях, кислотах и природном газе, до более трудных и опасных, таких как газообразный кислород, перекись водорода, метан и этилен.

Ограничения использования по температурным характеристикам и свойствам материалов уплотнений уменьшаются в результате исследований и появления новых материалов, что делает возможным расширение применения шаровых кранов в будущем.

Управление шаровыми кранами

Шаровые краны могут управляться вручную рукоятью или маховиком, через редуктор или неполноповоротным приводом, управляемым от электричества, гидравлики или пневматики.

Специальные исполнения:

для пыльных или абразивных сред, низких или высоких температур, ядерных установок, морских условий, применений на хлоре, кислороде, перекиси водорода, фторе, в табачной промышленности, при глубоком вакууме, большом количестве циклов, для космических целей.

ДИСКОВЫЕ ЗАТВОРЫ

Поворотный дисковый затвор состоит из диска, вращающегося на валу с полным углом поворота 90 градусов в корпусе, выполненном в форме трубы. В открытом положении диск устанавливается вдоль оси корпуса, создавая минимальное сопротивление потоку. В закрытом положении кромки диска соприкасаются с уплотнительными кольцами, которые могут располагаться в корпусе или на диске.

Дисковые затворы изготавливаются с размерами от 25 до 1800 мм (1“ – 72“). Они вставляются между фланцами трубопровода, стягиваемыми шпильками, что экономит пространство и массу. Такая конструкция известна как межфланцевая (вафельная) (рис. 2.33.).

Рис. 2.33. Межфланцевый дисковый поворотный затвор

Затворы бесфланцевого типа могут быть изготовлены с проушинами, в этом случае, при установке в качестве концевого затвора, второй фланец не требуется.

Затворы обычно применяются в объектах энергетики, пивоварении, водоснабжении и пищевой промышленности, где используются чистые среды. Обычно для корпусов затворов используется чугун, но применяются и другие материалы – углеродистая и нержавеющая стали, бронза и алюминий.

Диски также обычно выполняются из чугуна, но могут изготавливаться из углеродистой или нержавеющей стали или алюминиевой бронзы. Все изготовители стремятся сконструировать профиль диска гладким и обтекаемым, чтобы минимизировать гидравлические потери.

Изготавливаются полностью футерованные конструкции, когда корпус и диск покрыты фторопластом или резиной. Корпус разделён на две части, соединяемые под углом 90° для установки уплотнительного кольца, а вал и диск выполняются как одна деталь, с минимальным количеством неровностей, чтобы обеспечить хорошие гидравлические и гигиенические характеристики.

Уплотнительные кольца также выполняются разными у многих компаний, но всегда изготавливаются из химически стойких эластичных материалов, например, химстойкой резины, нитрила или фторопласта.

Затворы отличаются герметичностью, малыми утечками, и/или возможностью регулировать потоки. Компактная конструкция и девяностоградусный (четвертьповоротный) цикл работы делают их привлекательными как для ручного, так и для приводного управления.

Некоторые из характеристик, которые определяют популярность дисковых затворов:

1) Лёгкость управления;

2) Отсутствие трущихся частей;

3) Низкие гидравлические потери;

4) Низкий вес и стоимость по сравнению с другими видами арматуры;

5) Ход в четверть оборота.

Управление

Для управления дисковыми затворами используются все виды управления – ручное рычагом или маховиком, через редуктор, электрический, пневматический или гидравлический привод в зависимости от размеров или проекта установки.

Дисковые затворы с эксцентрично установленными дисками

Дисковые затворы с эксцентрично установленными дисками используются для тяжёлых условий работы и являются усовершенствованной модификацией обычных конструкций. Такое расположение диска создаёт ему более благоприятные условия взаимодействия с уплотнительными кольцами. Их конструкция может быть уподоблена шаровым кранам, в которых используется часть сферы, контактирующей с уплотнительными кольцами только на нескольких последних градусах закрытия. Это обеспечивает улучшенную герметичность, даёт возможность осуществлять дросселирование, полностью отвечать требованиям к арматуре с PN 2…10 МПа, а конструкция является пожаробезопасной.

В более совершенной конструкции вал диска расположен с двойным эксцентриситетом относительно оси затвора. Он установлен вне диска и смещён относительно оси трубопровода. Уплотнительные кромки диска контактируют с кольцами при закрывании и открывании затвора практически без проскальзывания, то есть без трения.