CC BY
41
УДК 621.646
ФРИКЦИОННЫЙ МЕХАНИЗМ ПРИВОДА ЗАТВОРА
ТРУБОПРОВОДА
А.И. Жукаев, И.В. Лопа, А.И. Ефимова
Предложена новая конструкции фрикционного механизма привода затвора трубопровода, обеспечивающая непрерывное снижение скорости опускания запорного элемента по мере сужения прохода в трубопроводе. Показано, что данная конструкция обладает рядом преимуществ по сравнению с односкоростным приводом, но при этом его расчет имеет характерные особенности. Рациональное проектирование механизма может существенно повысить безопасность и эффективность трубопроводного транспорта.
Ключевые слова: расчет, арматура, шиберный затвор, перепад давлений.
Одним из важнейших классов трубопроводной арматуры является запорная арматура - устройства, применяемые для периодического или разового включения или отключения трубопровода или объекта. Основными видами промышленной запорной арматуры являются задвижки, которые в свою очередь подразделяются на клиновые и шиберные.
В работе [1] показано, что от задвижек требуется возможно быстрое перекрытие потока без разрушения самого трубопровода в результате гидравлического удара. Обеспечение безопасной скорости опускания шпинделя позволит решить эту задачу.
Известны конструкции приводов затворов трубопроводов, позволяющие осуществить двух скоростное опускание запорного элемента [2]. При этом, как показано в работе [3] существенно снижается перепад давления, что, в свою очередь, повышает безопасность трубопроводного транспорта. Так на рис. 1 [3] представлены зависимости перепада давления в трубопроводе во времени при разных скоростях опускания затвора: VI = 0,001 м/сек; \2 = 0,002 м/сек; г = 0...1000 сек. Видно, что
при увеличении скорости движения заслонки в 2 раза время до полного закрытия сокращается вдвое, но при этом, перепад давления существенно возрастает.
Представляется актуальным разработка новых механизмов управления задвижкой, обеспечивающих непрерывное снижение скорости опускания ножа по мере сужения прохода в трубопроводе.
На рис. 2 изображена схема фрикционного привода затвора, обеспечивающего непрерывное снижение скорости опускания запорного элемента по мере сужения прохода в трубопроводе.
265
ДР. МП а
20
15 10
J 1у /
/
0 200 400 600 S00 1000
L сек
Рис. 1. Зависимость перепада давления в трубопроводе во времени при разных скоростях опускания затвора:
1 - при v^ = 0,001 м/сек; 2 - при v^ = 0,002 м/сек
Привод состоит из конических ведущего 1 и ведомого 4 роликов, между которыми зажат промежуточный цилиндрический ролик 2, подвижный относительно своей оси за счет резьб: внутренней на самом ролике и наружной на оси 3. Ведомый ролик 4 закреплен на винтовом валу - шпинделе 5.
Рис. 2. Схема фрикционного привода
266
Принцип работы привода заключается в следующем. В момент команды на закрытие затвора промежуточный ролик 2 находится в нижнем положении, в котором передаточное число привода ровно единице. При вращении ведущего ролика промежуточный ролик за счет трения тоже начинает вращаться и приводит во вращение ведомый ролик 4. Так как промежуточный ролик 2 закреплен на неподвижном винте 3, он начинает перемещаться по резьбе вдоль оси в верх. При этом передаточное число привода увеличивается, скорость вращения ведомого ролика 4 уменьшается, а крутящий момент - наоборот возростает. Ведомый ролик 4 закреплен в осевом направлении и имеет только вращательное движение, которое преобразуется в поступательное движение шпинделя запорный орган которого обеспечивает перекрытие потока, причем скорость опускания запорного органа при этом уменьшается, а усилие герметизирующее трубопровод - увеличивается, что обеспечивает более безопасную и эффективную эксплуатацию трубопровода.
Для обеспечения передачи крутящего момента между элементами передачи необходимо создать усилие прижатия б:
б =-25-, (1)
где - минимальное значение диаметра ведущего ролика; / - коэффи-
циент трения между ведущим, ведомым и промежуточными роликами.
На рис. 3 представлена зависимость необходимого усилия прижатия от угла наклона неподвижного винта 3 при Т1 = 100 нм, ё1тпп = 200 мм: кривая 1- / = 0,1 , кривая 2 - / = 0,2.
Рис. 3. Зависимость необходимого усилия прижатия от угла наклона неподвижного винта 3
Видно, что угол наклона играет важную роль при передаче крутящего момента между элементами передачи: с его уменьшением усилие прижатия роликов уменьшается, но при этом, для достижения нужного замедления опускания затвора, габариты передачи увеличиваются.
Дальнейший расчет механизма проводится по классической схеме и включает в себя проверку всех катков по контактным напряжениям, валов - на изгиб и подшибников качения - на долговечность.
Таким образом, предложена новая конструкции фрикционного механизма привода затвора трубопровода обеспечивающая непрерывное снижение скорости опускания запорного элемента по мере сужения прохода в трубопроводе. Показано, что данная конструкция обладает рядом преимуществ по сравнению с односкоростным приводом, но при этом его расчет имеет характерные особенности. Рациональное проектирование механизма может существенно повысить безопасность и эффективность трубопроводного транспорта.
Список литературы
1. Лопа И.В., Ефимова А.И., Жукаев А.И. Гидравлический расчет трубопроводной арматуры. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 38.
2. Патент РФ на полезную модель 144208 МПК F16K 3/02 Шиберная задвижка / А.И. Ефимова, И.В. Лопа, Е.В. Панченко, К.А. Туркин. Опубл. 10.08.2014. Бюл. №22.
3. Лопа И.В., Ефимова А.И., Жукаев А.И. Определение перепада давления при закрытии шиберного затвора. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 186-191.
Жукаев Артём Иванович, асп., pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лопа Игорь Васильевич, д-р техн. наук, проф., pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ефимова Анна Игоревна, канд. техн. наук, доц., pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FRICTION DRIVE MECHANISM VALVE PIPELINE.
A.I. Zukaev, I. V. Lopa, A.I. Efimova 268
A new design friction shutter drive mechanism of the pipeline, ensuring a continuous decline in the speed of descent of the closure element as narrowing of the passage in the pipeline. It is shown that this construction has a number of advantages over single-speed drive, but it has the characteristics of calculation. Rational design of the mechanism can significantly improve the safety and efficiency of pipeline transportation.
Key words: calculation, fittings, gate valve, the pressure difference.
Zukaev Artem Ivanovich, postgraduete, pmdm@,tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lopa Igor Vasilevich, doctor of technical science, professor, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Efimova Anna Igorevna, candidate of technical science, docent, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.646
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И АКТУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ РАСЧЕТА ШИБЕРНЫХ ЗАДВИЖЕК
А.И. Жукаев, И.В. Лопа, А.И. Ефимова
Рассматриваются особенности конструкции и определяются актуальные задачи расчета шиберного затвора трубопроводной арматуры. Показано, что шиберный затвор обладает рядом преимуществ по сравнению с клиновым затвором, но при этом его расчет имеет ряд характерных особенностей. Рациональное решение выявленных задач может существенно повысить безопасность и эффективность трубопроводного транспорта.
Ключевые слова: расчет, арматура, шиберный затвор, перепад давлений.
Одним из важнейших классов трубопроводной арматуры является запорная арматура - устройства, применяемые для периодического или разового включения или отключения трубопровода или объекта. Основными видами промышленной запорной арматуры являются задвижки, которые в свою очередь подразделяются на клиновые и шиберные.
К клиновым задвижкам относят изделия, затвор которых изготовлен в виде плоского «клина». В этих изделиях седла с уплотни-тельными поверхностями расположены параллельно уплотнительным поверхностям затвора и под определенным углом к направлению его движения [1].
269
