CC BY
15
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив Серия В. Техника и технологии, том XIII., Съюз на учените, сесия 5 - 6 ноември 2015 Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XIII., Union of Scientists, ISSN 1311-9419, Session 5 - 6 November 2015.
СРАВНИТЕЛЕН АНАЛИЗ НА ТРЪБОПРОВОДНА АРМАТУРА
Снежана Атанасова Университет по хранителни технологии -Пловдив
COMPARATIVE ANALYSIS OF PIPING VALVES Snezhana Atanasova University of food technology - Plovdiv
Abstract
In the work are discussed and compared the main types of valves according to the design of the sealing element. In tabular form are presented principle schemes of action and their distinctive descriptions.
Keywords: stop valves, comparative analysis.
Въведение. Тръбопроводната арматура е толкова разнообразна, че дори кратко описание на основните типове според конструкцията на затварящия елемент заема достатъчно голям обем. Изпълнението на едни и същи функции може да бъде осъществено чрез използване на различни типове тръбопроводна арматура, които имат различен принцип на конструкция на затварящия елемент. Всяка конструкция трябва да удовлетворява разнообразните изисквания, поставяни към нея, като якост, дълготрайност, надеждност, ниска себестойност, технологичност, взривобезопасност, корозионно-устойчивост, които понякога са противоречиви и не могат да бъдат осигурени едновременно.
Според функционалното си предназначение тръбопроводната арматура се разделя на следните класове [1, 2, 3, 4]: спирателна - спира или открива подаването на работна среда към даден резервоар или съд или напълно прекъсва потока в тръбопровода (кранове, клапани (вентили), шибъри, клапи), регулираща (редукционна)- частично затваряне на проходното сечение и изменение на количеството на протичащата работна среда с цел регулиране на дебита, налягането, нивото, температурата, състава на работната среда (регулиращи клапани, регулатори на налягането и нивото, дроселираща арматура), предпазна - за ограничаване на работните параметри и предпазване от аварийни условия чрез отваряне и отвеждане на работна среда и понижаване на параметрите на системата (предпазни и байпас клапани), защитна - подобно на предпазната, но за разлика от нея тя се затваря и отделя защитавания участък (обратни и отключващи клапани, отсечна арматура), друга - маслоотделителии, кондензоотделители, фазоразделители, смесително-разпределителни клапани.
Цел на настоящата статия е да се съпоставят и анализират основните типове тръбопроводна арматура според конструкцията на затварящия елемент и да се посочат предимствата, недостатъците и областите им на приложение.
В табл.1 е направено кратко описание на основните отличителни характеристики на тръбопроводните устройства в зависимост от конструкцията на затварящия елемент.
Табл.1 Отличителни характеристики на основните типове тръбопроводна арматура
Схема, начин на движение на затварящия елемент, разновидности
Предимства
Недостатъци
Шибъри
Затварящ елемент във вид на лист, диск или клин, преместващ се по продължение на уплътнителните повърхности на корпуса, перпендикулярно на оста на протичащата работна среда.
Произвеждат се в съответствие с ЕШ984, АР1600 и АР1602 Разновиднодти:
1.Клинови
1.1Монолитен твърд клин 1.2Монолитен елестичен клин
1.3Двудисков клин
2.Плоски
3.С изваждащ се шпиндел
4.С неизваждащ се шпиндел
Сравнително проста конструкция, надеждност, липса на застойни зони в тялото, възможност за работа при среди с голям вискозитет, относително малка строителна дължина и малко хидравлично съпротивление, като за различните конструкции е 0,18-1,8, ниска цена и широк диапазон от проходни диаметри Най-надеждни и осигуряващи висока херметичност (в т.ч. и клас А - без пропуск и на въздух) осигурява самонагаждащия се двуделен клин. При шибърите с изваждащ се шпиндел ходовият възел е извън корпуса и няма съприкосновение с работната среда. Те превъзхождат по всички показатели шибърите с неизваждащ се шпиндел, с изключение на по-голямата строителна височина._
Голяма строителна височина. Бавно
сработване. По-дълго време за отваряне/ затваряне Голямо усилие за придвижване на затварящия елемент. Голямо износване
на уплътнителните
повърхности при
замърсени течности. При шибърите с неизваждащ се шпиндел ходовият възел е „потопен" в корпуса, достъпът до него не е възможен, той е подложен на действието на корозия и абразивни частици.
Области на приложение
Те са едни от най-използваните арматури за тръбопроводи с DN 40 - 3000 и налягания до PN250. Те могат да се използват само като спирателна арматура за хоризонтален, а при подходящи направляващи - и за вертикален монтаж.
Твърдият клин осигурява добра херметичност при по-малките DN, а такива, покрити с NBR или EPDM, се монтират в шибърите с т.н. гумиран клин, като се използват главно във водоснабдяването. Плоските шибъри се използват по-рядко, главно в целулозно-хартиената промишленост и за отпадни води. Шибърите с неизваждащ се шпиндел макар и по-евтини, имат по-малко приложение (с изключение на водоснабдяването), главно за чисти флуиди, а поради по малката височина - в подземни комуникации. Малкото хидравлично съпротивление ги прави подходящи за тръбопроводи, в които постоянно се движат флуиди с голяма скорост (магистрални тръбопроводи). Симетричността на конструкцията дава възможност за използване при различни направления на движение на работната среда. В зависимост от материал на уплътнителния възел, корпуса и капака, шибърите се използват за неутрални или агресивни течност и газове. Шибърите се използват там където габаритите на арматурата нямат съществено значение. При необходимост от често отваряне и затваряне (висока честота на циклите) тяхното използване не се препоръчва_
Кланами
(Вентили)
1
Затварящ елемент във вид на плоска или конусна тарелка, движеща се възвратно-постъпателно по централната ос на уплътнителната повърхност на корпуса, перпендикулярно към уплътнителната
повърхност. Вентилът е клапан с шпиндел (вретено), навит в неподвижна ходова гайка оформена в капака, образуващ заедно със седло в корпуса спирателен възел. Клапаните се произвеждат в съответствие с ЕШ3709 за такива на фланци, по ЕМ2982 - на заварка; респективно по BS1873 и BS5352.
Малка строителна
височина. Бързо
сработване. Вентилите се отличават с проста конструкция и осигуряват надеждна херметичност. Положително качество на вентилите е сравнително неголемия ход на затвора, необходим за пълното отваряне, респективно времето е кратко. За целта е достатъчно клапана да се повдигне У от диаметъра на отвора на седлото, докато за шибърите ходът трябва да се увеличи 4 пъти. Затова те имат значително по-малка височина от шибърите. Основното предимство на ветилите е отсъствие на триене по уплътнителните повърхности в момента на затваряне, тъй като затварящия елемент се движи перпендикулярно, което намалява опасността от повреждания.
строителна Голямо
Голяма дължина. усилие за придвижване на затварящия елемент. Наличие на противоналягане в работната среда. Тяхната строителна дължина е по-голяма от тази на шибърите със същия DN и с увеличението на DN, разликата нараства. Класическите спирателни вентили имат голямо хидравлично съпротивление (3 - 5 и повече), вследствие на това че направлението на протичане на работната среда се променя вътре в корпуса и поради малкото порходно сечение. Това води, особено за големите размери, до увеличени разходи поради необходимостта от повишаване на първоначалното налягане в системата. Вентилите се използват само при определено направление на движение на работната среда_
Области на приложение
Клапаните са най-масовия тип арматура. Клапани с плоски уплътнителни пръстени не се използват в замърсени среди, в тези случаи е най-целесъобразно използването на конусно уплътнение.
Клапаните могат да се използват и за регулиране на дебита на работната среда. Важно свойство на клапаните е възможността за използване на силфон вместо салник. Клапаните влизат в конструкстцията на множество регулатори. Клапаните имат множество разновидности в зависимост от функционалното си предназначение: предпазни, спирателни, регулиращи, преливни, редукционни, клапани за разлика в налягането, клапани за съотношение на налягането, клапани за последователност, клапани за задържане по време и други. Вентилите са най-масовата спирателна и регулираща арматура за пара и гореща вода за тръбопроводи и съоръжения с DN 15 - 300 и налягания до Р№00 за вертикален и хоризонтален монтаж. В зависимост от материала на уплътнителния възел, корпуса и капака, вентилите се използват за неутрални или агресивни течности, пара и газове._
Кранове
Затварящ елемнт във формата на ротационно тяло, въртящо се около своята ос на 90° по отношение на оста на движение на работната среда. Затварящият елемент на крана понякога се нарича пробка. В зависимост от броя на работните положения на пробката, крановете биват дву- или триходови. В зависимост от формата на затварящия елемент, крановете биват: цилиндрични, конусни и сферични.
Малка строителна
височина, малка строителна дължина. Бързо сработване. Ниско хидравлично
съпротивление. Липса на противоналягане в работната среда. Предимство на конусните кранове е невисоката им стойност, ниско хидравлично
съпротивление, проста конструкция. Конусните (пробкови) кранове имат малки габаритни размери. Кранове със смазка се използват при повишени налягания. Сферичните кранове притежават
редица предимства спрямо конусните и успешно се конкурират с другите типове арматура в различни области и режими на работа
Голямо усилие за придвижване на
затварящия елемент. Голямо износване
на уплътнителните
повърхности при
замърсени и агресивни течно Недостатъци
на конусните кранове е голямото усилие, необходимо за завъртане на пробката. В зависимост от качеството на водата в системата след време се натрупват отлагания между корпуса и пробката и е невъзможно неговото завъртане.
Области на приложение
За постигане на херметичност, затварящия елемент трябва да бъде смазан, за да запълни смазката микропукнатините мужду пробката и корпуса и намали усилието, необходимо за завъртане на пробката.
Пробката трябва да бъде постоянно притисната към повърхността на корпуса. В зависимост от начина на притискане се различиват салникови и натегнати кранове. При салниковите кранове между капака и горния край на пробката е монтирана еластична салникова нобивка, създаваща постоянно усилие, притискащо пробката към корпуса. При натегнатите кранове под пробката е разположен прът с резба, преминаващ през отвор в корпуса. Притискането на пробката се извършва от пружина, натегната от гайка. Натегнатите кранове са по-надежднии се използват в газоснабдяването, тъй като работата им не зависи от свойствата на салниковата набивка, която губи своите елестични свойства с течение на времето.
Клапи спирателни тип "Бътерфлай"
X
Представляват диск,
разположен в цилиндричен елемент. Дискът се върти около ос, перпендикулярно на оста на прохода. Дискът може да бъде плосък или двойноизпъкнал. Произвеждат се в съответствие с EN593.
Малка строителна височина, малка строителна дължина. Бързо сработване. Малко усилие за придвижване на затварящия елемент. Липса на противоналягане в работната среда. Простата на конструкцията, ниско хидравлично съпротивление (0,8 - 3), малка маса и металоемкост, малък брой детайли и ниска цена. Тези преимущества нарастват, спрямо други арматури с увеличението на DN.
Ниска херметичност. Голям въртящ момент за управление на клапите с голям DN.
Области на приложение
Кладите се използват главно като спирателна и много рядко като регулираща арматура (за неотговорни случаи) на вертикални или хоризонтални тръбопроводи. Те могат да бъдат безфланцови (плоски) за междуфланцов монтаж или фланцови с DN 40 - 2500.
Плоските клапи се произвеждат обикновено от лети алуминий, сив или сферографитен чугун, а фланцовите от тръби или ламарина от въглеродна стомана. За херметизация на спирателния орган се използват меки (пластични) NBR (до 70 градуса), EPDM (до 130 градуса) и Viton (до 200 градуса) или метални, наварени с неръждаема стомана уплътнения (до 300 градуса).
В зависимост от материала на уплътнителния възел, корпуса и диска, клапите се използват на неутрални или агресивни течности и газове. Дисковите клапи имат минимална строителна дължина и височина, простота при експлоатация, евтини са при изработване, но не са достатъчно херметични. Клапите се изплозват при тръбопроводи с голями диаметри, малки налягания на работната среда и занижени изисквания към херметичността на затварящия елемент. Използват се основно във вентилационни и климатизационни въздуховоди.
Клапани диафрагмени (мембранни) t
üb-
Възвратно-постъпателно движение на затварящия елемент, перпендикулярно на уплътнителната повърхност.
Малка строителна височина. Бързо сработване. Малко усилие за придвижване на затварящия елемент Използва се при агресивни течности.
Голяма строителна
дължина. Високо
хидравлично съпротивление. Наличие на противоналягане в работната среда.
Области на приложение
Мембранните клапани имат вътрешно защитно покритие от неметални материали (гума, полиетилен, флоропласт, емайл). Обикновено корпуса и капака на мембранните клапани се изработват от чугун, но някои производители ги изработват от порцелан със защитна обвивка във вид на външен чугунен кожух. Висока корозионна устойчивост имат чугунените емайлирани мембранни клапани с двуслойна мембрана от гума със защитен слой от флоропласт.
Клапани шлангови
Възвратно-постъпателно движение на затварящия елемент, перпендикулярно на уплътнителната повърхност.
Малка строителна
височина. Бързо сработване. Малко усилие за придвижване на затварящия елемент. Използва се при агресивни течности. Ниско хидравлично
съпротивление. Осигуряват надеждно и просто управление на потока. Повишена ремонтопригодност. Висока износоустойчивост.
Голяма строителна
дължина. Наличие на противоналягане в
работната среда.
Области на приложение
Използват се за работа с вискозни течности, суспензии, пулп, замърсени среди, в т.ч. и агресивни вещества.
Заключение
В работата е проведен анализ на тръбопроводната арматура в зависимост от кнструкцията на затварящия елемент, областта на приложение и предназначение. Показани са предимствата и недостатъците на различните конструкции. Литература
[1] Гуревич Д. Ф. Трубопроводная арматура: Справочное пособие, Л.: Машиностроение, 1981.
[2] Гуревич Д. Ф., О. Н. Шпаков, Справочник конструктора трубопроводной арматуры, Л.: Машиностроение, 1987.
[3] Новиков В.Т. Трубопроводная арматура, Томск, 2013.
[4] Черноштан В.И., В. А. Кузнецов, Трубопроводная арматура, ТЭС, Москва, 2001.
