Запорно-регулирующие клапаны.

Все выше рассмотренные конструкции относятся к запорным, которые надежно работают лишь в двух положениях – полностью закрытом и полностью открытом положении. Однако на практике часто требуется арматура, которая обеспечивала бы возможность ручного или дистанционного управления подачей продукта путем изменения гидравлического сопротивления дроссельной пары, а также достаточно надежно перекрывала трубопровод.

Идеальным типом запорной арматуры для широкого применения в подобных условиях являются запорно-регулирующие клапаны (см. рисунок 12.9).

Конструкция запорно-регулирующих клапанов в основном не отличается от обычных конструкций проходных или угловых запорных клапанов, однако им присущи следующие особенности: золотник имеет профилированную рабочую поверхность (чаще всего применяют золотники пробкового типа); золотник и седло имеют хорошо обработанные и притертые уплотняющие кромки; направляющая движение шпинделя должна быть четко сцентрирована с седлом; золотник и седло в целях повышения надежности изготовляют из специальных сплавов.

В клапанах, работающих при высоких перепадах давлений рабочей среды, профилированная поверхность золотника подвержена воздействию значительных скоростей потока и при возникновении кавитации или загрязненности среды она быстро изнашивается. В условиях эксплуатации изготовить новый золотник достаточно сложно, поэтому на золотниках пробкового типа рабочую поверхность обычно получают наплавкой твердыми сплавами, которые значительно увеличивают срок службы золотников, хотя и усложняют технологию их производства. При малых диаметрах условных проходов вентили имеют золотники в виде конуса, которые в практике называют игольчатыми.

                              а                                           б

а – запорный; б – регулирующий с уплотнительной поверхностью в виде усеченного конуса

1 – корпус; 2 – плунжер; 3 -крышка; 4 – сальник; 5 – нажимная гайка; 6 – маховик.

Рисунок 12.9 - Запорно-регулирующие клапаны

Запорные клапаны специальных конструкций.

Эти запорные клапаны разделяют по следующим признакам: по параметрам среды (давление, температура, агрессивность и др.) и специальному назначению.

По параметрам среды запорные клапаны бывают: высокого давления, высоких температур, глубокого холода, и т. д.

По специальному назначению они подразделяются: для резервуаров (сливные) и для специальных сред (шлама, сыпучих, сред с высокой вязкостью и др.).

Запорные клапаны высокого давления изготовляют с диаметрами условных проходов от 3 до 125 мм, рассчитанные на рабочие давления до 2500 кГс/см2. Отличительными особенностями конструкции этих запорных клапанов являются: кованый корпус; подача среды под золотник для уменьшения воздействия на сальник; линзовое присоединение к трубопроводу; усиленная конструкция шпинделя и золотника; большая величина момента, необходимого для закрытия; увеличенная по сравнению с обычными запорными клапанами , высота; отсутствие вращения золотника вокруг оси. Золотник связан со шпинделем посредством штока. Шток присоединяется к шпинделю при помощи сцепки, конструкция которой исключает вращение штока вокруг оси.

Диафрагмовые клапаны.

Диафрагмовым (или мембранным) называется клапан, у которого запорный элемент – эластичная диафрагма (мембрана), перекрывающая проход. Диафрагмовые запорные клапаны предназначены для перекрытия потоков сред при невысоких температурах (до 100 – 1500С) и невысоких рабочих давлениях. К их преимуществам относятся: простота конструкции; отсутствие сальника; отсутствие зон застоя; невысокое гидравлическое сопротивление; небольшие габаритные размеры и масса.

Основной недостаток клапанов этого типа – относительно небольшой срок службы мембраны. Применение мембраны в качестве запорного элемента, который одновременно служит и для разделения рабочей полости клапана с окружающей атмосферой, исключает необходимость в сальниковом устройстве, что существенно упрощает конструкцию. Но появляется проблема полного исключения вращательного движения шпинделя во избежание «скручивания» мембраны, которое может привести к ее разрыву. Для предотвращения разрыва мембраны от давления среды предусмотрена телескопическая опора из колец. Мембрана прижимается к корпусу крышкой , на которой крепится ходовая гайка, связанная с маховиком.

Сильфонные клапаны.

Сильфонными называют клапаны, в которых в качестве уплотнительного элемента, разделяющего рабочую полость и окружающую атмосферу в месте выхода шпинделя, используют сильфоны (прочный гофрированный элемент).

Сильфонный запорный клапан состоит из литого корпуса, на котором закрепляется крышка. Уплотнение и центрирование между крышкой и корпусом осуществляется при помощи фланца промежуточного корпуса, внутри которого смонтирован сильфон, который с одной стороны соединен со шпинделем, а с другой – приварен к верхней части промежуточного корпуса. Последний, таким образом, является защитой сильфона от механических повреждений при эксплуатации и препятствует проникновению среды в полость крышки даже при прорыве сильфона.

Сильфонные клапаны предназначены для работы в средах, утечка которых в окружающую атмосферу недопустима из-за ее высокой стоимости, агрессивности, токсичности, взрыво- или пожароопасности, ядовитости и др. Основные преимущества сильфонных клапанов – полное исключение утечки рабочей среды и надежность уплотнительного элемента.

К недостаткам, общим для всех конструкций сильфонных клапанов, относятся: высокие сложность и стоимость конструкции; трудность ремонта в условиях эксплуатации и большая величина усилия, необходимого для перекрытия потока.

Сильфонные клапаны должны удовлетворять следующим требованиям:

- в целях исключения разрушения сильфона шпиндель должен совершать только поступательное движение, вращение его вокруг оси недопустимо;

- в крышке должно быть предусмотрено дополнительное аварийное сальниковое устройство, препятствующее утечке среды из рабочей полости вентиля в случае усталостного разрушения сильфона;

- шпиндель должен быть надежно связан с сильфоном;

- при перемещении шпинделя сильфон должен работать только на сжатие;

- давление среды допустимо только снаружи сильфона;

-  уплотнение между сильфоном, корпусом и шпинделем должно быть надежным и герметичным;

Краны.

Кран – это запорное устройство, в котором запорный элемент (пробка) имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потока, для перекрытия которого вращается вокруг своей оси.

В зависимости от геометрической формы уплотнительных поверхностей пробки и корпуса (затвора) краны разделяют на три основных типа: конические (см.рисунок 12.10а), цилиндрические (см. рисунок 12.10б) и шаровые или сферические (см. рисунок 12.10в).

                                                    в

а – конический, б – с цилиндрическим затвором, в – шаровой цельносварной

Рисунок 12.10 - Краны

Однако краны классифицируют и по другим конструктивным признакам, например: по способу создания удельного давления на уплотнительных поверхностях, по форме окна прохода пробки, по числу проходов, по наличию или отсутствию сужения прохода, по типу управления и привода, по материалу уплотнительных поверхностей и т. д.

Конические краны.

Конусность пробки (корпуса) конических кранов в практике отечественного и зарубежного арматуростроения принимают обычно 1: 6 или 1 :7. При назначении конусности руководствуются следующими соображениями: чем меньше угол конусности, тем меньшее осевое усилие вдоль пробки требуется для создания на уплотнителных поверхностях необходимого удельного давления, обеспечивающего герметичность. Однако при этом возрастает опасность заклинивания пробки в корпусе и возможность задира уплотнительных поверхностей. При увеличении угла конусности наблюдается обратная картина. Поэтому краны из материалов, имеющих хорошие антифрикционные свойства (например, чугун, латунь, бронза), имеют конусность 1 : 7, при этом легче создать необходимое удельное давление на уплотнительных поверхностях и получить требуемую герметичность.

Натяжные краны– из конических кранов простейшие по своей конструкции.

Их подразделяют по способу создания удельного давления между корпусом и пробкой. В кранах с затяжкой через резьбовое соединение упорная шайба садится на ось пробки и вращается вместе с ней. При затяжке гайки шайба образует опору, в которую упирается гайка, и передает усилие затяжки на нижний торец корпуса. Кроме того, на шайбе имеются выступы, которые вместе с упорами на корпусе крана ограничивают поворот пробки в пределах 900 (от открытого до закрытого положения).

В натяжном кране с пружиной усилие затяжки создается пружиной, упирающейся в крышку.

Сальниковые краны  характеризуются тем, что необходимые для герметичности удельные давления на конических уплотнительных поверхностях корпуса и пробки создаются при затяжке сальника. Усилие затяжки сальника передается на пробку, прижимая ее к седлу

Сальниковые краны обеспечивают более надежную защиту от утечки рабочей среды в атмосферу (благодаря сальнику), но имеют быстро изнашивающийся элемент – мягкую набивку. В связи с этим сальниковые краны применяют на более высокие параметры среды по сравнению с натяжными кранами. Однако сальниковые краны требуют более частого обслуживания (подтяжка сальника по мере износа набивки и смена набивки при необходимости).

Краны со смазкой. При давлениях среды свыше 40 кГс/см2 на пробку крана действуют большие усилия, прижимающие ее к уплотнительной поверхности корпуса.

Кроме того, при высоких давлениях среды удельные давления на уплотнительных поверхностях возрастают до таких значений, при которых может произойти задир уплотнительных поверхностей. Эти причины, а также необходимость в защите уплотнительных поверхностей от коррозии вызвали появление кранов со смазкой.

Смазку набивают в центральный канал хвостовика пробки. При завинчивании болта смазка через горизонтальное сверление продавливается в кольцевую уплотнительную проточку на пробке, а оттуда через четыре вертикальные узкие канавки на корпусе крана в канавки, расположенные по обе стороны окна пробки.

В процессе работы крана смазка частично выдавливается в проход и вымывается средой, поэтому ее необходимо периодически добавлять.

Краны с подъемом пробки. В них, в отличие от обычных кранов, перед поворотом пробка отрывается от корпуса, а после поворота прижимается к нему. Иногда в практике такие краны называют кран-задвижка.

Такое устройство позволяет решить сразу несколько задач:

- уменьшается крутящий момент, необходимый для поворота пробки;

- пробка поворачивается при отсутствии контакта ее с корпусом, что исключает опасность задирания уплотнительных поверхностей;

- усилие прижатия пробки к корпусу и удельные давления на уплотнительных поверхностях регулируются в очень широких пределах независимо от затяжки сальника.

Цилиндрические краны.

Краны с цилиндрическим затвором проще конических в изготовлении, а их уплотнительные поверхности не нуждаются в притирке ввиду простоты технологической доводки цилиндрических поверхностей.

По конструктивным признакам цилиндрические краны можно разделить на две группы – краны с металлическим и эластичным уплотнениями.

Шаровые краны.

Наиболее распространены на МН шаровые краны.

Это краны с пробкой в виде шара со сквозным отверстием для прохода среды для различных условий работы. По принципу герметизации запорного органа их можно разделить на две основные разновидности: с плавающим шаром и с шаром на опорах. Применяются иногда и конструкции с плавающими уплотнительными кольцами.

Шаровые краны отличаются простотой конструкции, прямоточностью, низким гидравлическим сопротивлением, постоянством взаимного контакта уплотнительных поверхностей, благодаря сферической форме имеют меньшие габаритные размеры и массу, большую прочность и жесткость.

У шаровых кранов имеется принципиальное преимущество перед коническими: даже при небольшом несовпадении радиусов сферы пробки и уплотнительного кольца контакт между ними происходит по окружности и обеспечивает гораздо лучшую герметичность.

Изготовление шаровых кранов менее трудоемко. В шаровых кранах, в отличие от конических, уплотнительных поверхностей в корпусе нет, они есть только на уплотнительных кольцах, размеры которых во много раз меньше, чем размеры корпусов конических кранов. Кроме того, в шаровых кранах с кольцами из пластмассы вообще отпадает необходимость в притирке уплотнительных поверхностей. Пробку в шаровых кранах обычно хромируют или полируют.

Шаровые краны отличаются большим разнообразием конструкций. Однако их можно разбить на два основных типа: краны с плавающей пробкой и краны с плавающими кольцами.