скачать книгу бесплатно
2) Клапаны обычно в закрытом положении, когда электрический сигнал выключен (НЗ).
Схема работы электромагнитного клапана представлена на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Схема работы электромагнитного клапана
Электромагнитные клапаны могут обслуживаться переменным током от сети, через трансформатор или постоянным током от батареи или генератора постоянного тока. Электромагнитные клапаны постоянного тока действуют медленно и работают на низких давлениях.
Соленоидные катушки переменного тока действуют гораздо быстрее и обеспечивают работу клапанов при более высоких давлениях. На рис. 2.19. показан клапан прямого действия, в котором сердечник закрывает или открывает основное отверстие клапана.
Рис. 2.19. Электромагнитный клапан прямого действия
Другой тип электромагнитного клапана (непрямого действия) показан на рис. 2.20–2.21
Рис. 2.20- 2.21. Электромагнитный клапан непрямого действия
В нём сердечник закрывает или открывает вспомогательное отверстие, соединяющее полость над мембраной с трубопроводом за клапаном. Поскольку площадь мембраны больше площади основного золотника, давление среды через мембрану прижимает золотник к седлу, обеспечивая герметичность.
При открытии вспомогательного отверстия при срабатывании соленоида, давление над мембраной сбрасывается в трубопровод за клапаном, и под действием давления среды золотник поднимается, открывая основное отверстие.
Другие, более сложные трёх – и четырехходовые клапаны, управляемые от соленоидов или вручную, называемые распределителями, используются в широком диапазоне специальных применений.
Технические характеристики
Размеры 6…400 мм (1/4?…16?)
Рабочее давление 1,9–8,6 МПа (275…1250 фн/дюйм
)
Рабочая температура -196
х650
С (-320
F…1200
F)
Материалы Большинство металлов
Присоединения Резьбовое, фланцевое, на сварке
Применение В обычных и экстремальных случаях, при высоких температурах, в криогенных и агрессивных средах
МЕМБРАННЫЕ КЛАПАНЫ
Мембранные (диафрагмовые) клапаны были впервые применены в 1920-х годах в линиях сжатого воздуха и проявили себя настолько успешно, что быстро распространились в управлении другими рабочими средами. Сегодня трудно найти отрасль промышленности, строительства и транспорта, где не применяются мембранные клапаны. Существуют две базовые конструкции, как показано на рис. 2.22.
Рис. 2.22. Мембранные клапаны
1. С затвором типа «улыбка», отличающимся поднятым седлом в корпусе, над которым смонтирована эластомерная или фторопластовая диафрагма. Когда маховик опускает шпиндель вниз для закрывания клапана, диафрагма садится на выступ, отсекая поток рабочей среды.
2. Полнопроходной тип, в котором используется диафрагма, закрепленная параллельно оси потока и полное закрытие осуществляется опусканием траверсы, прижимающей диафрагму к стенкам корпуса. Полное открытие проходного отверстия обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление.
Клапаны состоят из трех основных деталей – корпуса, мембраны (диафрагмы) и управляющего узла в крышке, изолированного от рабочей среды.
Корпус может быть изготовлен из широкого диапазона материалов, включая чугун, шаровидный чугун, бронзу, углеродистую и нержавеющую сталь. Он может быть покрыт разными эластомерами, полимерами, быть стеклянным или полностью полимерным для высокоагрессивных и абразивных сред. Перечень материалов диафрагм с каждым годом становится все шире, часть их приведена в таблице 2.1, где названы типовые примеры, позволяющие применять клапаны в широком диапазоне температур и рабочих сред.
Поскольку диафрагма изолирует движущиеся детали от воздействия рабочих сред, крышка может быть изготовлена из чугуна или чугуна с покрытием для большинства условий применений. Это также позволяет эффективно применять клапаны для управления агрессивными средами, включая как коррозионные, так и нейтральные. Благодаря этому, клапаны используются в широком диапазоне промышленных технологий, включая химическую, пищевую, фармацевтическую, биотехнологическую, нефтяную, газовую, горную, нефте- и газоперерабатывающую промышленность, на производстве целлюлозы и бумаги, в водоснабжении и энергетике.
Табл. 2.1. Материал мембран для разных применений
* Торговая марка Дю Понт
2.1.2. Арматура с вращающимся движением штока
ПРОБКОВЫЕ КРАНЫ
Название кран пробковый или просто кран дано старейшему виду арматуры, состоящему из корпуса с коническим или, много реже, цилиндрическим посадочным отверстием, в котором установлена пробка. Термин «пробковый кран» относится и к шаровым кранам. Обычно пробковыми кранами называют только конусные и цилиндрические краны.
В пробке имеется сквозное отверстие, положение которого относительно проходных отверстий в корпусе определяет степень открытия и расхода среды через кран. Положения пробки, отличающиеся на 90
, определяют полное открытие или закрытие потока среды. Краны, как и другие поворотные конструкции арматуры, требуют минимального объема для монтажа, просты в управлении, обладают быстрым срабатыванием и создают относительно небольшие искажения потока (турбулентность).
Падение давления в кране небольшое, и краны легко выполняются многоходовыми. Краны используются во всех отраслях промышленности в условиях, где закрытие при низких температурах допустимо, и полости в арматуре незначительны.
Существует много модификаций и конструкций кранов:
1. Краны без смазки, в которых можно конструктивно обеспечить низкое усилие трения между поверхностями пробки и корпуса.
2. Краны со смазкой, в которых специальная смазка-уплотнитель может вводиться при периодическом обслуживании под давлением между уплотнительными поверхностями пробки и корпуса.
Они могут быть далее классифицированы по конфигурации пробки и патрубков как:
1. Полнопроходные цилиндрические – с полной площадью круглого отверстия как в пробке, так и в корпусе.
2. Прямоугольные – с прямоугольными отверстиями в корпусе и пробке.
3. Зауженные – когда площадь отверстия в пробке меньше площади стандартных трубопроводов.
4. Ромбовидные – когда отверстие в пробке выполнено ромбовидной формы.
5. Многоходовые – с тремя или более патрубками, используемые главным образом для отвода или перемещения среды.
6. Эксцентриковые – объединяющие половину пробки для прямого пропуска среды с высокой пропускной способностью и односторонним герметичным закрытием.
Краны изготавливаются из различных материалов, а именно: бронза, латунь, углеродистая и нержавеющая стали, наряду со сплавами и полимерами. Существуют также полно проходные краны, где все контактирующие со средой поверхности покрыты фторопластом или плавким графитом для высококоррозионных и токсичных сред.
Несмазываемые краны
Это наиболее простая конструкция кранов, широко используемая в химической и нефтехимической промышленности, где смазки неприменимы. Подтягиваемый сальник или подпружиненная пробка уменьшают износ и облегчают управление. Конические или параллельные пробки гарантируют управление без заеданий с обеспеченным посадочным усилием и требуют меньшего технического обслуживания. Самосмазывающиеся свойства пластиков, например, фторопласта, делают краны особо привлекательными для применений, где обычные смазки для арматуры недопустимы (рис. 2.23.).
Рис. 2.23. Кран конический
Вариант крана без смазки изображен на рис. 2.24., где пробка имеет форму двух сегментов, соединенных в нескольких местах и образующих упругую уплотнительную конструкцию, которая прижимается к корпусу крана.
Рис. 2.24. Кран конический двухсегментный
Пробка выполнена заодно со штоком крана и может подниматься и опускаться при повороте на 90
с использованием специального управляющего устройства. Эта конструкция устраняет износ уплотнения, является полностью пожаростойкой и герметичной во входном и выходном патрубках, таким образом, обеспечивая «двойной» дренаж в закрытом положении.
Краны со смазкой
Это конструкция широко используется в области нефтепродуктов, распределительных и очистных установках до давления 4,2 МПа бывают с конусными или цилиндрическими патрубками (рис. 2.25.).
Рис. 2.25. Кран со смазкой
Уплотнительная смазка выпрыскивается под давлением в зазор между уплотнительными поверхностями корпуса и пробки. Она продавливается через невозвратный клапан посредством винтовой пресс-масленки для консистентной смазки и достигает уплотнительных поверхностей через систему трубок или канавок в пробке и корпусе. Смазка устраняет негерметичность между пробкой и корпусом и защищает уплотнительные поверхности от коррозии и эрозии. Уплотнительные поверхности могут также покрываться фторопластом для обеспечения заданных технических характеристик.
Уравновешенные конусные краны
Давление среды в обычных конусных кранах в открытом положении может распространиться в полость под пробкой. При этих условиях результирующая сила будет действовать на пробку в сторону камеры, вызывая заклинивание крана. Уравновешенные конусные краны спроектированы так, чтобы использовать давление в трубопроводе для уравновешивания сил в кране (рис. 2.26.).
Рис. 2.26. Уравновешенный конический кран
Уравновешивающая система содержит два отверстия в пробке для соединения полостей над и под пробкой с давлением в системе. Через соединительную линию давление под малым торцом пробки уравновешивается возникающим усилием и предотвращает блокировку пробки, но необходимо регулярно подавать смазку для обеспечения полного поворота пробки.
Эксцентриковые краны
Эти краны используются во многих системах промышленных трубопроводов, включая системы водоподачи и отвода сточных вод, и способны изменять упругость пробки для обеспечения герметичного закрытия без использования уплотнительной смазки. Когда проход закрывается, уплотнительная поверхность пробки перемещается без трения об уплотнительную поверхность корпуса. Это устраняет заедание и износ, и краны используются на неочищенных сточных водах, воздухе, в водоснабжении, на газопроводах, мелкозернистых фракциях и всех других видах пульпы (рис 2.27.).
Рис. 2.27. Эксцентриковый кран
Футерованные краны
Для исключения высоколегированных сплавов и повышения стойкости к коррозии, краны могут изготавливаться из относительно недорого чугуна, при этом внутренние поверхности корпуса и пробки, полностью выполняются покрытыми тефлоном. Это делает краны применимыми на всех агрессивных средах с незначительными затратами (рис. 2.28.).
Рис. 2.28. Футерованный кран
Футеровка удерживается в канавках корпуса для ее фиксации и выполняется толщиной, обычно, 3 мм по всей площади для устойчивости к абразивному износу. Если футеровка повреждена, корпус подвергается коррозии.
Эти краны обычно используются в системах, где трубы футерованы, что оказывается много экономичнее, чем в системах трубопроводов из высоколегированных сплавов, и полностью пластмассовых, которые труднее обслуживать.
Преимуществами пробковых кранов являются: поворот на 90
между положениями «открыто» и «закрыто», защищенность уплотнительных поверхностей, простота монтажа в системе, минимальное гидравлическое сопротивление, простая и прочная конструкция, длительный срок службы. Пробковые краны являются арматурой с верхним разъемом, и пробка может быть введена в корпус без снятия крана с трубопровода.
Управление пробковыми кранами
Пробковые краны могут управляться вручную гаечным ключом, рукояткой, через редуктор или неполноповоротным приводом, приводимым в действие пневматикой, гидравликой или электричеством.
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 90
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.)
