Запорная арматура на КС

Краны подразделяются по следующим основным признакам:

• по функциональному назначению - запорные, распределительные (трех 
  ходовые, многоходовые);
• по способу установки      запорного органа в корпусе: запорный орган 
  «плавающий» и «запорный орган в опорах»;
• по типу проточной части: полнопроходной и с зауженным проходом;
• по типу присоединения к трубопроводу: фланцевые, муфтовые, цапко- 
  вые, штуцерно-торцевые, «под приварку»;
• по типу привода: поршневой, ручной, с электроприводом;
• по типу системы управления поршневым приводом:   пневматической, 
  пневмогидравлической и электрогидравлической.

Любой кран имеет два основных элемента - корпус и запорный узел, состоящий из запорного органа и седла. В зависимости от конструкции запорного органа краны делятся на конусные, цилиндрические и сферические (или шаровые); от характера движения запорного органа - с вращением запорного органа без подъема и с подъемом его перед поворотом и последующим опусканием (прижимом после поворота). В зависимости от применения смазки - со смазкой и без смазки.

Краны различают по конструкции и материалу корпуса, рабочему давлению и условному проходу, наличию обогрева, направлению потока, числу патрубков и т.д.

По сравнению с другими видами запорной арматуры краны обладают следующими преимуществами:

- крутящий момент привода (ключа, штурвала и др.) в кранах передается непосредственно на запорный орган; в других видах запорной арматуры для обеспечения поступательного перемещения запирающей детали имеется, как правило, резьбовая пара;

- прямоточность движения потока через отверстие в запорном органе крана и вследствие - сведенное до минимума гидравлическое сопротивление;

- компактность, так как запорный орган кранов в отличие от подвижных деталей клапанов и задвижек, перемещающихся поступательно, вращается вокруг оси, не перемещаясь в пространстве;

- при работе поверхность запорного органа не отрывается от корпуса и уплотнительные поверхности остаются замкнутыми, что значительно уменьшает эрозию уплотнительных поверхностей и опасность попадания на поверхность контакта посторонних частиц; это же обстоятельство позволяет применять смазку уплотнительных поверхностей для увеличения герметичности запорного устройства.

 

 

2.5.1 Конусные краны

 

 

Конусным краном по ГОСТ 24856-81 «Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения» называется «кран, запорный или регулирующий орган которого имеет форму конуса».

Различают несколько видов конусных кранов. Рассмотрим каждый из них.

Натяжные конусные краны. Натяжные конусные краны подразделяют по способу создания удельного давления между корпусом и запорным органом.

Кран с затяжкой резьбовым соединением состоит из корпуса, запорного органа, упорной шайбы и натяжной гайки. Запорный орган сверху имеет хвостовик с квадратом, на который накидывается ключ для управления краном, снизу - ось с резьбой. Упорная шайба садится на ось запорного органа и вращается вместе с ней с помощью одной или двух лысок, через которые передается вращение запорному органу. При затяжке гайки шайба образует опору, в которую упирается гайка, и передает усилие затяжки на нижний торец корпуса. Кроме того, на шайбе обычно имеются выступы, которые вместе с упорами на корпусе крана ограничивают поворот в пределах 90° (от открытого до закрытого положения). Преимущество кранов с затяжкой через резьбу заключается в простоте конструкции, а также в удобстве и простоте регулировки усилия затяжки.

Натяжные краны, как правило, не имеют специальных уплотнительных устройств, предохраняющих окружающее пространство от попадания в нее рабочей среды. Вследствие этого натяжные краны применяют, главным образом, для низких рабочих давлений до 1,0 МПа (до 10 кгс/см). Кран конусный натяжной показан на рисунках 5 и 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5. Кран конусный натяжной               Рисунок 6. Кран конусный натяжной 11Б34бк

 

Сальниковые конусные краны. Сальниковые конусные краны характеризуются не наличием сальника вообще, а тем, что необходимые для герметичности удельные давления на конусных уплотнительных поверхностях корпуса и запорного органа, создаются при затяжке сальника. Усилия затяжки сальника передается на запорный орган, прижимая ее к седлу.

Конусный сальниковый кран состоит из корпуса, запорного органа, поднабивочной шайбы, набивки и сальника. Запорное устройство и сальниковый узел герметизируют затяжкой гаек анкерных болтов. В сальниковых кранах с номинальным (условным) проходом 40 мм и выше обычно применяют отжимной болт. При слишком сильной затяжке сальника запорный орган трудно повернуть. Назначение болтов — слегка отжать запорный орган для облегчения поворота, однако практически при перетяжке сальника отжать запорный орган болтом удается не всегда.

Сальниковые краны обеспечивают более надежную защиту от утечки рабочей среды в атмосферу (благодаря сальнику), но имеют быстроизнашивающийся элемент - мягкую набивку. В связи с этим сальниковые краны применяют при более высоких параметрах среды по сравнению с натяжными кранами.

Сальниковые краны, как правило, широко применяют для жидких и газообразных сред при давлениях в трубопроводе 0,6-4,0 МПа (6-40 кгс/см). Кран конусный пробковый проходной сальниковый представлен на рисунке 7.

Рисунок 7. Кран конусный пробковый проходной сальниковый 11ч8бк

 

Конусные краны со смазкой. При давлениях среды свыше 4,0 МПа (40 кгс/см ) на запорный орган крана действуют большие усилия, прижимающие ее к уплотнительной поверхности корпуса. Эти усилия пропорциональны квадрату диаметра проходного сечения, поэтому при средних и больших проходах моменты, необходимые для управления краном, резко увеличиваются. Кроме того, при высоких давлениях среды удельные давления на уплотнительных поверхностях возрастают до таких значений, при которых задирание контактирующих поверхностей при повороте становится опасным.

Эти причины, а также необходимость в защите уплотнительных поверхностей от коррозии вызвали появление кранов со смазкой. Конструкция таких кранов аналогична обычным сальниковым кранами. Она включает корпус, крышку, набивку и сальник. Новый элемент — система смазки. Смазку набивают в центральной осевой канал хвостовика запорного органа. При завинчивании набивочного болта смазка через вертикальное сверление продавливается в кольцевой паз на запорном органе, а оттуда через четыре продольных паза на запорном 
органе - в нижний кольцевой паз на корпусе.

 

 

2.5.2 Цилиндрические краны

 

 

Цилиндрический кран по ГОСТ 24856-81 «Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения» называется «кран, запорный или регулирующий орган которого имеет форму цилиндра». Кран с цилиндрическим запорным органом проще конусных в изготовлении, а их уплотнительные поверхности не нуждаются в притирке ввиду простоты технологической доводки цилиндрических поверхностей на универсальных шлифовальных станках.

По конструктивным признакам цилиндрические краны можно разделить на две группы: краны с металлическим и эластичными уплотнениями.

Цилиндрический кран с уплотнением «металл по металлу» состоит из корпуса, металлического запорного органа, крышки и сальника. Между уплотнительными цилиндрическими поверхностями должен быть или небольшой натяг или минимальный зазор.

Цилиндрические краны с эластичным уплотнением большей частью применяют с металлическим запорным органом и неметаллическим эластичным уплотнением в седле. Седло выполняют из пластмассы, резины или специальных составов с асбестовым, графитовым или другими наполнителями. Цилиндрический кран показан на рисунке 8.

Рисунок 8. Кран цилиндрический;

 1 - корпус; 2 - пробка; 3 - разделительная шайба;

  4 - сальниковая набивка; 5 - сальниковая втулка; 6 - хвостовик 

 

 

2.5.3 Шаровые Краны

 

 

К шаровым кранам по ГОСТ 24856-81 относятся «кран, запорный или регулирующий орган которого имеет сферическую форму». Шаровые краны обладают основными преимуществами конусных кранов: прямоточность, низким гидравлическим сопротивлением, постоянным контактом уплотнительных поверхностей (уменьшающим коррозию и позволяющим применять уплотнительную смазку), малыми размерами. Однако шаровые краны имеют преимущества перед конусными: запорный орган и корпус крана благодаря сферической форме имеют меньшие размеры и массу, а также большую прочность и жесткость. В шаровых кранах не нужны ребра жесткости, усложняющие технологию отливки и увеличивающие массу всего устройства.

Краны со сферическими запорными органами обеспечивают гораздо лучшую герметичность. Даже при недостаточной точности изготовления контакты уплотнительных поверхностей корпуса и запорного органа полностью герметизируют запорное устройство. Кран шаровой показан на рисунках 9 и 10.

 

 

Рисунок 9. Внешний вид крана шарового с пневмоприводом

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10. Кран шаровой с пневмоприводом.;

1 – корпус; 2 – Патрубок; 3 – пробка;        4 - шпиндель; 5 – седло; 6 – кольцо;           7 – кольцо;    8 – кольцо; 9 – кольцо;       10 – гайка; 11 – Шайба; 12 – шпилька;         13 – муфта; 14 - фонарь

 

Шаровой кран представляет собой запорное устройство, состоящее из: корпуса, запорного узла, в который входит запорный орган (шар) и два уплотнительных седла, и поворотного штока (шпинделя). Несмотря на простоту схемы и принципа действий конструктивное решение этих узлов отличается большим разнообразием. По способу установки шара и уплотнительных седел можно выделить основные типы шаровых кранов: с плавающим шаром, с шаром в опорах, со свободным шаром и подпружиненной плавающей втулкой, Выбор типа шарового крана зависит от рабочего давления среды и диаметра условного прохода крана.

Запорное устройство с плавающим шаром ранее использовалось в кранах с диаметром условного прохода до 1000 мм. В настоящее время его используют только для кранов с малым проходным сечением (DN<100 мм) при давлениях рабочей среды до 10 МПа (100 кгс/см). Основное преимущество такого запорного узла - простота и компактность, что определяет высокую надежность и малую металлоемкость крана.

Запорное устройство со свободным шаром и подпружиненной втулкой позволяет компенсировать износ уплотнительных поверхностей колец, обеспечивая при этом двухстороннее уплотнение. Кроме того, подпружиненная втулка компенсирует температурные изменения, которые могут наблюдаться при работе крана.

Рассмотрим основные типы шаровых кранов.

Шаровой кран с плавающим шаром. Принцип работы крана с плавающим шаром заключается в следующем.

В корпусе расположены два уплотнительных седла, между которыми зажимается стальной или бронзовый шар, имеющий сквозное отверстие, диаметр которого равен внутреннему диаметру трубопровода. С помощью штока шар может свободно поворачиваться в уплотнительных седлах. В открытом состоянии отверстие шара совпадает с отверстием трубопровода, обеспечивая протекание рабочей среды с минимальным гидравлическим сопротивлением. При повороте штока на четверть оборота (90°) отверстие шара устанавливается перпендикулярно проходному отверстию крана. Давлением среды шар прижимается к заднему седлу, чем обеспечивается полная герметичность запорного узла.

Краны с плавающим шаром просты по конструкции и надежны в эксплуатации, но им отдают предпочтение в тех случаях, когда материал седел выдерживает нагрузку от шара, так как вся нагрузка, которую воспринимает шар от давления рабочей среды, передается на седла. Кроме того, нужно знать, что кран с плавающим шаром при больших диаметрах приходного сечения требует больших усилий при его повороте из одного положения в другое.

Кран с шаром в опорах. Кран с шаром в опорах применяется в основном в кранах с большим номинальным (условным) проходом, рассчитанных на высокие рабочие давления. Перенос опорных усилий с уплотнительных седел на полуоси шара позволяет значительно уменьшить момент, необходимый для поворота запорного органа. При правильном выборе уплотнительных элементов запорный узел данного типа обеспечивает герметичность перекрытия потока в двух направлениях. Кран с шаром в опорах показан на рис. 11.

В зависимости от расположения уплотнительного седла запорный узел может быть выполнен по двум схемам: с уплотняющим седлом перед шаром и с уплотняющим седлом за шаром.

Рисунок 11. Кран с шаром в опорах;

1 – пробка; 2 – редуктор; 3 – фланец; 4 – шпиндель; 5 – седло; 6 – уплотнительные кольца; 7 – уплотнительный фланец

 

Конструктивное отличие крана с уплотняющим седлом за шаром от крана с уплотнением перед шаром заключается в том, что он имеет плавающие втулки, у которых диаметр уплотнения меньше среднего диаметра седла. Для обеспечения этого условия внутренний диаметр седла должен быть больше диаметра проходного отверстия в шаре.