Курс Трубопроводная арматура. Модуль Краткий курс для менеджеров

ШАРОВЫЕ КРАНЫ

В настоящее время шаровые краны, получившие развитие от традиционных кранов, укомплектованные новыми эластомерами и полимерными материалами для уплотнительных колец, стали полностью герметичными.

Другими характеристиками шаровых кранов являются минимальное гидравлическое сопротивление, низкий крутящий момент, поворот на 900 между положениями «закрыто» и «открыто», низкие эксплуатационные затраты, компактная конструкция и пожаробезопасное исполнение, предусматривающее закрытие крана в случае возникновения пожара на заводе.

Краны включают корпус, шаровую пробку, шток и уплотнительные кольца (рис 2.29.).

Рис 2.29. Шаровой кран

Существуют два базовых исполнения шаровых кранов – краны с плавающей пробкой, когда шар поддерживается уплотнительными кольцами, и краны с пробкой в опорах.

Последние более приемлемы для высоких давлений и больших диаметров (рис 2.30.).

Рис. 2.30. Шаровой кран с пробкой в опорах

Шаровые краны изготавливаются также с твёрдыми металлическими уплотнительными кольцами для использования на абразивных средах, при высоких температурах, в условиях дросселирования и огнестойкости.

Применяются четыре способа установки шара в корпус в обоих базовых исполнениях.

1. Корпус выполнен с одним или двумя разъёмами и состоит из двух или трёх частей, выполняющих функции фланцев. Корпусные детали соединены болтами, расположенными вокруг них. Эта конструкция называется кранами с корпусами из двух или трёх частей.

2. Шар и уплотнительные кольца вставляются через верхний разъём. Эта конструкция называется «кран с верхним разъёмом» (top entry valve).

3. Шар и уплотнительные кольца вставляются в корпус через разъём, расположенный перпендикулярно или под углом к оси трубопровода. Эта конструкция называется «кран с вертикальным или наклонным разъёмом» (end entry valve).

4. Корпус крана заварен и не имеет разъёмов. Ремонт этих кранов может выполняться только в оснащённых специальным оборудованием мастерских (рис. 2.31).

Рис. 2.31. Шаровой кран с заваренным корпусом

Краны с корпусами из двух или трёх частей имеют преимущество в простоте обслуживания и ремонта. Краны с верхним разъёмом обеспечивают условия для их обслуживания без демонтажа корпуса, что даёт им предпочтение с точки зрения безопасности и оперативности. Установка кранов исключает возможность протечек через разъёмы корпуса и их непроизвольного раскрытия при обслуживании.

Шаровые краны могут изготавливаться из проката, поковок или литья в исполнениях с одним, двумя или тремя разъёмами с резьбовыми или сварными встык или в раструб патрубками.

Шаровые краны с плавающей (поддерживаемой сёдлами) пробкой используются при низких давлениях и температурах. В кранах с пробкой в опорах нагрузка от перепада давления в закрытом положении воспринимается подшипниками опор, а не уплотнительными сёдлами. Это позволяет использовать их при существенно больших давлениях и температурах.

Шаровые краны могут изготавливаться полнопроходными или зауженными. В полнопроходных кранах диаметр проходного сечения соответствует внутреннему диаметру трубопровода. Максимальное заужение прохода (минимальное сечение) регламентировано, например, BS 5351 и приведено в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Размеры зауженных проходов, дюймы

Материалы, обычно применяемые при изготовлении шаровых кранов, – углеродистая сталь 20Л или 25Л или сортовой прокат аналогичных марок для корпусных деталей и легированные стали марок 20Х13 и14Х17Н2 для пробок и штоков. Для применения на коррозионных или низкотемпературных средах корпуса и пробки кранов изготавливаются из нержавеющих сплавов.

Для уплотнительных колец и уплотнений по штоку используется чистый или наполненный фторопласт как химически стойкий, так и обладающий низким коэффициентом трения (менее 0,1). Однако, фторопласт теряет свои свойства при температурах выше 100 °С, а при температуре 230 °С его стойкость падает до 0. Это вынудило использовать графики зависимости рабочего давления от температуры для мягких уплотнений кранов. Указанная зависимость для чистого фторопласта регламентирована BS 5351 (рис. 2.32.)

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.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.