Курс лекций Трубы и арматура ФГОС3

•условное – это наибольшее избыточное рабочее давление при температуре 20 С, при котором обеспечивается длительная и безопасная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов;

•рабочее – это наибольшее избыточное, давление, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов при рабочей температуре проводимой среды;

•пробное давление – это избыточное давление, при котором арматура и соединительные части трубопроводов должны подвергаться гидравлическому ис-

пытанию водой на прочность при температуре не выше 100 С.

Существует стандартный ряд значений условных давлений, на которые проектируется трубопроводная арматура. Ряд давлений в МПа: 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,4; (8,0); 10,0; (12,5); 16; 20; 25; 32; 40; 50; 64; 80; 100. Значения давлений, указанные в скобках не рекомендуется применять, их следует использовать только для замены вышедшей из строя арматуры.

По условному давлению трубопроводная арматура можно разделить на 6 групп (табл. 2).

Таблица 2. Условное давление эксплуатации трубопроводной арматуры

Группа	Условное давление
Сверхвысокого и высокого вакуума	менее 0,1	Па
Низкого и среднего вакуума	от 0,1 Па до 0,1 МПа
Малых давлений	от 0.25 МПа до 1,6 МПа
Средних давлений	от 2,5 до 10	МПа
Высоких давлений	от 16 до 80	МПа
Сверхвысоких	свыше 100	Мпа

По температурному режиму трубопроводную арматуру можно разделить на пять категорий:

1.Арматура обычная.

2.Арматура для высоких температур – предназначена для работы на потоках с температурой 450…600 С. Она изготавливается из специальных сталей.

3.Арматура жаропрочная – предназначена для работы на потоках с температурой более 600 С. Она изготавливается из специальных жаростойких легированных сталей.

4.Арматура для холодильной техники – должна работать надежно в зоне отрицательных температур до – 153 С.

5.Арматура криогенная – предназначена для работы в условиях глубокого холода при температурах ниже – 153 С.

Арматура обычная выпускается на различные диапазоны температур в зависимости от материала корпуса:

•из углеродистой стали – до 425 С;

•из ковкого чугуна марки КЧ – до 300 С;

•из серого чугуна марки СЧ – до 225 С;

•из латуни и бронзы – до 200 С.

51

Герметичность различают по классу герметичности. Класс герметичности арматуры определяется ГОСТом 9544-93 «Арматура трубопроводная запорная. Нормы герметичности затворов». Этот стандарт распространяется на все виды запорной трубопроводной арматуры на номинальное давление от 0,1 МПа и устанавливает нормы герметичности затворов и требования к проведению испытаний на герметичность. Максимально допустимые значения протечек по классам герметичности указаны в табл. 3.

Таблица 3. Максимально допустимые протечки

Класс герметичности

А	В	С	D
Нет видимых протечек	0,0006 см3/мин (вода)	0,0018 см3/мин (вода)	0,006 см3/мин (вода)
	0,018 см3/мин (воздух)	0,18 см3/мин (воздух)	1,8 см3/мин (воздух)

Условные обозначение арматуры

Основные виды трубопроводной арматуры разработаны Центральным конструкторским бюро арматуростроения ЦКБА (рис. 1) и институтом ВНИПИнефтемаш.

30

ч

9

6

нж

Тип арматуры

Материал

Тип привода

Материал уплотнительных

корпуса

поверхностей

Н

Краны пробно-спускные

10

Сталь углеродистая

с

Механический

Латунь,бронза

бр

Краны для трубопроводов

11

Сталь

с червячной передачей

3

о

Манель-металл

мн

Запорные устройства

легированная

лс

Механический

м

Коррозионнстойкая

указателей уровня

12

Сталь

с цилиндрической

е

(нержавеющая) сталь

нж

Вентили

13, 14,

15

коррозионностойкая

зубчатой передачей

р

Нитрованная

Клапан обратный подъемный

(нержавеющая)

нж

Механический с

(азотированная) сталь

нт

и приемный ссеткой

16

Чугун серый

ч

конической

5

Баббит

бт

Клапан предохранительный

17

Чугун ковкий

кч

зубчатой передачей

м

Стеллит

ст

Обратный поворотный

19

Чугун высокопрочный

вч

Пневматический

6

о

Сормайт

и

Регулятор давления «после себя»

21

Латунь,бронза

б

Гидравлический

7

д

Кожа

к

Клапан запорный и отсечные

22

Алюминий

а

Электромагнитный

8

е

Эбонит

э

Клапан регулирующий

25

Монель-металл

мл

Электромоторный

9

л

Резина

р

Клапан смесительный

27

Пластмасса

п

и

Винипласт

вп

Задвижки

30,

31

Винипласт

вп

Прочие пластмассы

п

Затворы

32

Титан

тн

Фторпласт

фт

Конденсатоотводчик

45

Уплотнительные

поверхности без

вставных колец и

бк

наплавки

Для арматуры с электроприводом во взрывозащищенном исполнении в конце условного обозначения добавляется буква Б, например 30ч906брБ

Рис. 1. Условное обозначение запорной арматуры (система ЦКБА)

Условные обозначения (ЦКБА) общепромышленной арматуры состоят из ряда цифровых и буквенных индексов (табл. 4). Обозначение арматуры строится из цифрового и буквенного кода основных данных – всего 6 элементов. Первые две цифры обозначают тип арматуры. Следующая буквенная характеристика (из одной – двух букв) означают металл корпуса. Первая цифра, идущая после буквенного обозначения, указывает вид привода. Последние одна – две буквы означают материал уплотнительных поверхностей. Для арматуры с элек-

52

троприводом во взрывозащищенном исполнении в конце условного обозначения добавляют букву Б, а в тропическом – букву Т.

При пользовании системой условных обозначений надо иметь в виду, что арматуре, разработанной другими организациями и заводами, присвоены обозначения, отличающиеся от принятых ЦКБА, а иногда вместо типа просто указан номер чертежа, на основе которого выпускается изделие.

Маркировка арматуры

Маркировка, выполняется на корпусе арматуры. Знаки маркировки наносятся на лицевую сторону корпуса, а товарный знак завода-изготовителя – на другую сторону. Знаки маркировки выполняется следующим образом:

•на литой арматуре – отливкой на корпусе (арматуру с условным проходом менее 50 мм допускается клеймить);

•на штампованной или кованой арматуре – штамповкой, клеймением или гравировкой.

Прочие знаки маркировки выполняются отливкой, клеймением или гравировкой.

Маркировка содержит:

•товарный знак завода-изготовителя;

•условное давление,

•диаметр условного прохода;

•стрелку, указывающую направление потока среды.

Для арматуры, изготовляемой на определенное рабочее давление, вместо условного давления должны указываться рабочее давление и температура.

На арматуре, обеспечивающей прохождение рабочей среды в любом направлении, стрелка в маркировке отсутствует.

На арматуре из стали со специальными свойствами (жаростойкой, кислотостойкой и т. д.), дополнительно следует дать марку материала корпуса.

Номер стандарта или чертежа изделия, а так же его заводской номер находятся у фланцевой арматуры на боковой поверхности фланца, у прочей арматуры – по направлению потока среды. Допускается все знаки маркировки помещать на одной стороне корпуса.

Изделия без вставных или наплавленных уплотнительных колец, т.е. с уплотнительными поверхностями, выполненным непосредственно на самом корпусе или затворе, обозначается буквами бк (без колец).

Стрелка на проходной арматуре должна быть направлена вправо; на угловой

имногоходовой арматуре – в направлении потока среды.

Взависимости от материала корпуса наружные необработанные поверхности (корпуса, крышки, сальника и др.) окрашивают в различные отличительные цвета (табл. 4). В зависимости от материала уплотнительных деталей затвора устанавливают дополнительные отличительные окраски (табл. 5) приводного устройства (маховика, рычага и др.).

Графические обозначения различных типов арматуры на чертежах регламентируются ГОСТами. Ниже в табл. 6 приводятся обозначения для наиболее распространенных видов арматуры.

53

Таблица 4. Окраска арматуры в зависимости от материала корпуса

Материал корпуса арматуры	Цвет
Сталь углеродистая	Серый
Сталь легированная	Синий
Сталь кислотостойкая и нержавеющая	Голубой
Чугун серый, ковкий и высокопрочный	Черный
Цветные сплавы	Не окрашиваются

Таблица 5. Окраска арматуры в зависимости от материала уплотнительных деталей

Материал уплотнительных деталей затвора арматуры						Цвет
Бронза, латунь						Красный
Сталь кислотостойкая и нержавеющая						Голубой
Сталь нитрированная или другие твердые сплавы						Фиолетовый
Баббит						Желтый
Пластмасса					Серый с синими полосками
Эбонит, фибра						Зеленый
Без колец					Цвет окраски корпуса и крышки
Таблица 5. Условные графические обозначения трубопроводной арматуры
Арматура	Обозначение		Арматура				Обозначение
Клапан (вентиль) за-			Клапан	предохранительный
порный проходной			проходной
Клапан (вентиль)			Клапан	предохранительный
запорный угловой			угловой
			Регулятор давления «до се-
Задвижка			бя»
			Регулятор давления
Заслонка			«после себя»
Кран проходной			Клапан		обратный подъем-
			ный проходной
			Клапан		обратный	пово-
Кран угловой			ротный		(захлопка)
Клапан регули-			Клапан		обратный	прием-
рующий проходной			ный с		сеткой
Клапан регули-			Клапан дроссельный
рующий угловой
Кран трехходовой			Клапан редукционный
Клапан (вен-тиль)
трехходовой			Конденсатоотводчик
Клапан быстродейст-			Клапан		быстродействую-
вующий на открытие			щий на закрытие (НЗ)
(НО)

54

Лекция 8 МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ АРМАТУРЫ

Материалы, применяемые в ТА, можно по назначению разделить на следующие группы: корпусные, уплотнительные, прокладочные, герметизирующие (набивные), смазки.

Корпусные материалы предназначены для изготовления корпуса арматуры. Они должны обладать достаточной прочностью, коррозионной стойкостью, технологичностью обработки, хорошими литейными свойствами, так как корпуса арматуры чаще всего изготавливают методом литья.

Уплотнительные материалы используются в ТА для создания и уплотнительных поверхностей седла и затвора. Они должны обладать упругостью, хорошо шлифоваться, иметь неплохие антифрикционные свойства.

Прокладочные материалы применяются для изготовления уплотнительных прокладок. Они должны иметь низкую стоимость, легко обрабатываться, изготавливаться в виде листов, выдерживать температурные воздействия, противостоять воздействию агрессивных жидкостей, обладать упругостью и текучестью.

Герметизирующие материалы применяются для герметизации узлов прохода шпинделя или штока через крышку корпуса. Они должны обладать упругостью, гидрофобностью, термостойкостью, долговечностью, низкой стоимостью.

Смазки применяются для уменьшения трения в подвижных деталях арматуры. В некоторых случаях смазки применяются для уменьшения трения прокладочных материалов в момент монтажа арматуры. Они должны обладать термостойкостью, низким коэффициентом трения, технологичностью нанесения.

Корпусные материалы Чугун - железо с повышенным содержанием углерода. Чугун - тяжелый ме-

талл серого цвета. Как конструкционный материал используется очень широко, обладает высокой твердостью, достаточно низкой стоимостью и хорошими литейными свойствами. В отличие от низкоуглеродистой стали, чугун обладает высокой коррозионной стойкостью, что резко повышает долговечность изделий, работающих в контакте с водой. Основным недостатком чугуна как корпусного материала является его хрупкость - он колется при приложении ударной или растягивающей нагрузки. С арматурой из чугуна следует обращаться достаточно аккуратно: не подвергать ее ударам, при навертывании резьбы не прилагать чрезмерных усилий, не допускать замерзания воды в корпусе арматуры в зимнее время.

Существует несколько видов чугуна, используемых для изготовления корпусов арматуры: серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун. Серый чугун наиболее хрупкий. Ковкий чугун хотя и не может коваться, однако его вязкость и прочность выше, а хрупкость меньше. Высокопрочный чугун занимает

55

промежуточное место между сталью и серым чугуном, из всех чугунов он наименее хрупкий.

Чугунная арматура для повышения коррозионной стойкости может изготавливаться с внутренним защитным покрытием из различных материалов - эмали, пластмассы, резина.

Сталь - железо с низким содержанием углерода. Это очень распространенный конструкционный материал, благодаря хорошим литейным качествам, пластичности, легкости обработки. Твердость стали меньше, чем у чугуна. Сталь не обладает хрупкостью, то есть не колется. Сталь хорошо подвергается механической обработке - точению, сверлению, фрезерованию, шлифованию.

Легированная сталь - это сталь с небольшими добавками других металлов для получения определённых свойств. За счет легирующих добавок повышается прочность стали и верхний температурный предел рабочего диапазона, повышаются коррозионная стойкость и твердость. Как правило, легирование осуществляется добавками хрома, марганца, ванадия, кобальта и других металлов. К легированным сталям относится нержавеющая сталь, обладающая повышенной коррозионной стойкостью, а так же жаростойкая сталь, используемая для арматуры, эксплуатируемой при высоких температурах. В отличие от конструкционной стали легированные стали часто не обладают ферромагнитными свойствами.

Латунь - сплав меди и цинка с небольшими добавками других металлов, используется для арматуры, работающей при температуре менее 250 С. Латунь - очень пластичный металл, обладает хорошими литейными свойствами, хорошо подвергается механической обработке, отлично шлифуется и полируется, что при необходимости позволяет получить очень высокое качество поверхности. Из латуни в технике изготавливают корпуса различных изделий, включая точные приборы и механизмы. Высокое качество шлифовки позволяет изготавливать уплотнительные поверхности седла прямо на корпусе арматуры без нанесения слоя другого металла. Латунь по сравнению со сталью значительно лучше противостоит коррозии в присутствии воды и водяных паров.

Стоимость латуни, как и любого другого цветного металла, выше стоимости стали, что ограничивает ее использование арматурой малых размеров.

Бронза - меди и олова с небольшими добавками других металлов. Бронза хорошо противостоит коррозии, хорошо обрабатывается. В отличие от латуни бронза при точении образует не витую стружку, а мелко крошится, однако качество поверхности после обработки высокое. Стоимость бронзы, как и латуни, достаточно высока, она тоже применяется для арматуры малых размеров. Из бронзы на стальной арматуре изготавливают уплотнительные кольца.

Алюминиевые сплавы применяются для специальной арматуры малых размеров, работающей при температурах до 100 С. Алюминий обладает малой плотностью, что делает арматуру из него очень легкой. Это пластичный металл, хорошо отливается, легко подвергается пластической обработке. Недостатком является малая прочность по сравнению с ранее рассмотренными корпусными материалами. Температура плавления алюминия 650 С. Он теряет прочность

56

при значительно меньших температурах. При температурах около 600 С алюминий и его сплавы становятся хрупкими. Коррозионная стойкость алюминия достаточно высока благодаря наличию защитной окисной пленки на его поверхности. Алюминий плохо противостоит действию щелочей.

Никелевые сплавы - никель с добавками различных металлов. Никель и его сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошо противостоят действию морской воды, сохраняют прочность и пластичность при низких температурах. В интервале температур от -271 С до +600 С свойства никеля практически не изменяются, что позволяет использовать его и в криогенной арматуре, и в арматуре, работающей при повышенных температурах. Для арматуры, эксплуатируемой в морской воде широко применяется монель (68 % Ni , 28% Cu , 2.5 Fe , 1.5 Mn).

Титан - серебристо белый легкий металл, имеет высокую температуру плавления, применяется в авиации, а так же в технике как металл, хорошо противостоящий коррозии. Однако он имеет плохие антифрикционные свойства, уплотнительные поверхности из титана склонны к задиранию. В основном из этого металла изготавливают химическую арматуру. Стоимость его высока, поэтому арматура общепромышленного назначения из него не изготавливается.

Уплотнительные материалы

Уплотнительные материалы применяются в том случае, когда материал корпуса арматуры не позволяет получить удовлетворительное качество уплотнительной поверхности седла. В этом случае производится наплавка колец из другого материала в пламени электрической дуги или ацетиленовой горелки с последующей механической обработкой поверхности кольца. Сплавы для наплавки уплотнительных колец должны обладать хорошими антифрикционными свойствами, малой склонностью к образованию задиров, хорошо шлифоваться, обладать коррозионной стойкостью.

Для этих целей применяют бронзу, латунь, монель, нержавеющую сталь. Уплотнительные поверхности тарелок вентилей, клапанов и другой арматуры малого диаметра, где усилия на поверхности не слишком велики, часто выполняют из неметаллических материалов - пластмассы, резины, кожи. Для ар-

матуры крупных размеров неметаллические материалы не применяют.

Прокладочные материалы

Прокладочные материалы применяют для уплотнения как мест соединения крышки и корпуса арматуры, так и мест соединения арматуры с трубопроводом. Выбор уплотнительных материалов весьма широк, сюда входят как металлические, так и неметаллические.

Резина - продукт термической обработки (вулканизации) смеси каучука и серы. Это очень упругий материал, обладает малой прочностью. Резиновые уплотнительные прокладки могут вырезаться или штамповаться из листовой резины, или формоваться в процессе вулканизации. Обычная резина выдерживает температуры до 50 С, а специальная теплостойкая до 140 С. Резина горюча и

57

не должна применяться при повышенных температурах. Резиновые прокладки в зависимости от сорта резины обладают средней или высокой степенью релаксации, то есть способностью восстанавливать свою форму после снятия нагрузки. Это позволяет в некоторых случаях использовать прокладку повторно после разборки соединения.

Картон целлюлозный применяется для воды и пара низкого давления и может работать при температурах не более 120 C и давлении не более 0.6 Мпа. Преимуществом этого материала является низкая стоимость и простота обработки. Он хорошо уплотняется, обладает малой релаксацией, то есть не восстанавливает свою форму после сжатия.

Асбест - это неорганический природный материал белого цвета, который применяется при повышенных и высоких температурах. Выпускается в виде листового материала, картона или шнуров. Сам по себе асбест непрочный, рыхлый материал, обладает плохими антифрикционными свойствами. Для улучшения фрикционных свойств прокладочный материал из асбеста часто графитируют, то есть посыпают или натирают порошковым графитом, который является хорошим смазочным материалом.

Листовой паранит - продукт вулканизации смеси асбестовых волокон (6070%), растворителя, каучука (12-15%), минеральных наполнителей (15-18%) и серы (1.2-8.0%) и последующего вальцевания под большим давлением.

Паранит является универсальным прокладочным материалом. При давлении выше 320 МПа он начинает течь, то есть достигается предел текучести, в результате чего все неплотности в соединении заполняются материалом и обеспечивается герметичность соединения. Толщина прокладки должна быть минимальной, достаточной для заполнения канавок и неровностей. При увеличении толщины прокладки повышается вероятность ее выдавливания, поэтому не рекомендуется ставить толстые прокладки. Паранит выпускается в виде листов толщиной до 6 мм, он легко режется, рубится, из него можно вырезать фигурные прокладки. Это самый распространенный прокладочный материал для средних диаметров арматуры.

Металлические прокладки применяются как штатный прокладочный материал. Как правило, используются прокладки из цветных металлов (медь, свинец). Недостатком является невозможность самостоятельного изготовления такой прокладки, а так же большая релаксация напряжений.

Льняная прядь используется для уплотнения резьбовых соединений. Перед применением льняная прядь должна смазывается суриком, разведенным на натуральной олифе, что придает ей гидрофобные свойства. Натуральная олифа, в отличие от синтетической, не высыхает при отсутствии кислорода. Резьбовое соединение, собранное с таким уплотнителем, может быть легко разобрано через много лет.

Льняная прядь обладает хорошей упругостью, что позволяет при монтаже даже сделать часть оборота в направлении развинчивания соединения без потери герметичности. Это очень важно для правильного разворота трубопровода при монтаже.

58

Лента ФУМ (фторпластовый уплотнительный материал) применяется для герметизации резьбовых соединений. Фторопласт обладает низким пределом текучести, то есть легко уплотняется. Он технологичен в применении, выпускается на катушках в виде лент различной толщины. Однако он практически не обладает релаксацией, что не позволяет при сборке соединения производить даже частичный поворот в тубы в обратном направлении, то есть развинчивания.

Герметизирующие материалы

Герметизирующие материалы обеспечивают герметичность арматуры по отношению к рабочей среде, препятствуя перетеканию рабочей среды в окружающую через зазоры а местах прохода органа управления арматурой через корпус или крышку корпуса.

Сальниковая набивка применяется очень широко благодаря простоте замены, низкой стоимости, широкому выбору материалов. Для набивки применяют различные материалы: хлопчатобумажные материалы, пенька, асбестовый шнур, графит, тальк, стекловолокно.

Наиболее предпочтительно создание набивки из ранее отформованных колец. Кольца набивки должны укладываться так, чтобы разрез предыдущего кольца перекрывался следующим кольцом. Сальниковая набивка из хлопчатобумажных материалов, пеньки и асбеста выпускается в виде шнура прямоугольного сечения.

Фторопласт применяется при наличии агрессивной среды или при повышенных температурах. Графит используется как смазочный материал или как самостоятельная набивка при высоких температурах.

Смазки

По назначению смазки , используемые в арматуре, подразделяются на сле-

дующие группы: антифрикционные, защитные, уплотняющие.

Смазки делятся на группы в зависимости от рабочей температуры. В основном применяют смазки на основе нефтепродуктов, при высоких температурах в состав смазки входит коллоидный или чешуйчатый графит, однако в присутствии воды и кислорода графит работает как абразивный материал. Перспективно применение кремний-органических жидкостей.

59

Лекция 9 ТРУБОПРОВОДНЫЕ КРАНЫ

Кран – промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий орган имеет форму тела вращения или части тела вращения, который поворачивается вокруг собственной оси, произвольно расположенной к направлению потока рабочей среды (ГОСТ 24856-81).

Кран состоит из двух основных деталей: неподвижного корпуса и вращающейся пробки с отверстием для пропуска потока (затвора). При перекрытии потока затвор поворачивается вокруг своей оси, которая перпендикулярна оси потока среды. Если пробка крана повернута так, что ось отверстия совпадает с осью трубопровода, то кран находится в открытом положении и поток может протекать через отверстие. Если же пробку повернуть на 90 , то ось отверстия установиться, перпендикулярно оси трубопровода и кран будет закрыт. Таким образом, для того, чтобы открыть или закрыть кран, требуется совершить всего один поворот пробки на 90 . Поэтому краны, как правило, снабжают не маховиком, а рукояткой.

Отличительная особенность кранов – простота конструкции, компактность, малое сопротивление проточной части, сравнительно небольшие размеры по высоте, надежность в работе, быстродействие кранов по сравнению с другими видами запорной арматуры.

В зависимости от геометрической формы уплотнительных поверхностей затвора (пробки) и корпуса краны разделяются на три основные типа:

•конусные (конические) пробковые;

•цилиндрические пробковые;

•шаровые (или со сферическим затвором).

Помимо формы затвора краны классифицируются:

•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;

•по направлению потока (проходные, угловые);

•по числу рабочих положений пробки (многоходовые).

Многоходовые краны имеют запорный элемент, направляющий поток в несколько трубопроводов. В зависимости от формы отверстий на пробке краны могут выполнять различные функции.

Краны изготавливают из цветных металлов (бронзы и латуни), серого чугуна, высококремнистого чугуна, нержавеющих сталей, керамики, стекла, фарфора, пластмасс, графита. Чаще краны изготавливают из цветных металлов, так как требуется высокое качество обработки поверхности корпуса и пробки. Кроме того, цветные металлы меньше подвержены коррозии, что снижает возможность «прикипания» затвора (пробки).

60