Засувки. Пристрій та принцип роботи

До засувок відносять запірні пристрої, в яких прохід перекривається поступальним переміщенням затвора в напрямку, перпендикулярному руху потоку середовища, що транспортується. Засувки широко застосовують для перекриття потоків газоподібних або рідких середовищ у трубопроводах з діаметрами умовних проходів від 50 до 2000 мм при робочих тисках 4-200 кгс/см 2 та температурах середовища до 450 °С. Іноді засувки виготовляють і більш високий тиск.

У газовій промисловості засувки застосовують при обладнанні гирла свердловин, на промислових збірних пунктах, магістральних та розподільних газопроводах, трубопроводах компресорних та газорозподільних станцій.

У порівнянні з іншими видами запірної арматури засувки мають такі переваги: ​​незначний гідравлічний опір при повністю відкритому проході; відсутність поворотів потоку робочого середовища; можливість застосування для перекриття потоків середовища великої в'язкості; простота обслуговування; відносно невелика будівельна довжина; можливість подачі середовища у будь-якому напрямку.

До недоліків засувок слід віднести: неможливість застосування для середовищ з включеннями, що кристалізуються, невеликий допустимий перепад тисків на затворі (у порівнянні з вентилями), невисока швидкість спрацьовування затвора, можливість отримання гідравлічного удару в кінці ходу, велика висота, труднощі ремонту зношених ущільнювальних поверхонь затвора експлуатації.

Робоча порожнина засувки (рис. 13.3.), в яку подається транспортується під тиском середовище, утворюється корпусом 3 і верхньою кришкою 7. Герметизується ця порожнина за допомогою прокладки 5, яка притискається кришкою до корпусу. Корпус засувки є цільною, литою або звареною конструкцією. Як правило, він має висоту, рівну двом діаметрам проходу, що перекривається. На корпусі, симетрично осі шпинделя, розташовуються два патрубки, якими засувка приєднується до трубопроводу. Приєднання може бути або зварним або фланцевим.

Всередині корпусу є два кільцеві сідла 1 і затвор 2, який в даному випадку являє собою клин з наплавленими кільцевими ущільнюючими поверхнями. У закритому положенні ущільнювальні поверхні затвора притискаються до робочих поверхонь кілець корпусу від приводу.

Рис.13.3. Засувка:

1-сідло; 2-затвор; 3-корпус; 4-ходова гайка; 5-ущільнювальне прокладання; 6-шпиндель; 7-верхня кришка; 8-кільцева прокладка; 9-сальник; 10-натискна втулка; 11-маховик.

Іноді ущільнювальні поверхні одержують безпосередньо при обробці корпусу. Однак таке конструктивне рішення навряд чи може бути прийнятним для всіх засувок, так як при знос цих поверхонь простіше і дешевше замінити змінні сідла, ніж заново обробити корпус при експлуатації. Ущільнювальні поверхні сідел та затвора з метою зменшення зносу та зусиль тертя, що виникають при переміщенні затвора, зазвичай виготовляють з матеріалів, що відрізняються від матеріалу корпусу, шляхом запресування, що дозволяє їх змінювати в процесі експлуатації.

У верхній частині затвора 2 закріплена ходова гайка, яку ввинчений шпиндель 6, жорстко з'єднаний з маховиком. Система гвинт-гайка служить для перетворення обертального руху маховика (при відкритті або закриванні засувки) на поступальне переміщення затвора.

При перекритті проходу від одностороннього тиску середовища виникають досить значні зусилля, що діють на затвор, які передаються на поверхні сідла. Величина цих зусиль залежить від перепаду тисків робочого середовища в трубопроводі до і після засувки і від величини питомих тисків на поверхнях ущільнювачів затвора і сідел, яку треба забезпечити для герметичного перекриття потоку робочого середовища при заданому робочому тиску в трубопроводі. Система гвинт-гайка - найбільш раціональна, тому що вона дозволяє отримати компактний і простий конструкції привід з поступальним рухом вихідного елемента. Вона також дозволяє отримати поступальний рух приводу з великим зусиллям у бік ходу. Крім того, оскільки така конструкція є гальмівною, вона практично виключає можливість мимовільного переміщення затвора при відключенні приводу, що дуже важливо для запірної арматури при експлуатації.

Недоліком цієї системи в даному конкретному випадку слід вважати те, що пара гвинт-гайка знаходиться в середовищі, що протікає через робочу порожнину засувки.

Середовище змиває мастило, звідси підвищений знос пари. Крім того, таку конструкцію можна застосовувати не на всіх середовищах.

Зазвичай затвор поміщають повністю в робочому середовищі, навіть коли прохід повністю відкритий. Ущільнення в місці виходу шпинделя з робочої порожнини засувки забезпечується діаметром шпинделя сальниковим пристроєм 9, що перешкоджає витоку робочого середовища в атмосферу.

Конструкція сальникового пристрою аналогічна конструкціям у вентилях" і регулюючих клапанах. Набивка сальника, як правило, виготовлена ​​з просоченого з метою зниження коефіцієнта тертя графітом азбестового шнура, підтискається за допомогою натискної втулки 10. Корпус сальника кріпиться до верхньої кришки 7 8.

Існують найрізноманітніші конструкції засувок. Їх намагаються класифікувати за різними ознаками, пов'язаним з конкретними умовами експлуатації, за хімічним складом робочого середовища та його параметрами. Класифікують засувки за величиною робочих тисків, температур робочих середовищ, типу приводуі т.д.

Класифікації такого роду є неповними, тому що вони не враховують особливостей конструкцій, що дозволяють, крім роботи в певних середовищах, відповідати ряду вимог, що пред'являються до засувок в експлуатації, і поміщають в один клас безліч абсолютно несхожих типів засувок.

Найбільш доцільною є класифікаціязасувок по конструкції затвора. За цією ознакою численні конструкції засувок можуть бути об'єднані за основними типами: клинові та паралельні засувки.

За цією ж ознакою клинові засувкиможуть бути з цілісним, пружним або складовим клином.

Паралельні засувкитакож можна поділити на однодискові та дводискові.

У ряді (конструкцій засувок, призначених для роботи при високих перепадах тиску на затворі, для зменшення зусиль, необхідних для відкривання та закривання проходу, площа проходу виконують дещо меншу площу перерізу вхідних патрубків. За цією ознакою засувки можуть бути класифіковані на повнопрохідні (діаметр проходу засувки) дорівнює діаметру трубопроводу) і з звуженим проходом.Залежно від конструкції системи гвинт-гайка та її розташування (в середовищі або поза середовищем) засувки можуть бути з висувним і з невисувним шпинделем.

Клинові засувки

До клинових відносяться засувки, затвор яких має вигляд плоского клина (рис. 13.4.-13.5.).

У клинових засувках сідла та їх ущільнювальні поверхні паралельні поверхням ущільнювачів затвора і розташовані під деяким кутом до напрямку переміщення затвора. Затвор у засувках цього типу зазвичай називають "клином". Переваги таких засувок - підвищена герметичність проходу в закритому положенні, а також невелика величина зусилля, необхідного для забезпечення ущільнення.

Оскільки кут між напрямком зусилля приводу та зусиллями, що діють на ущільнювальні поверхні затвора, близький до 90°, навіть невелика сила, що передається шпинделем, може викликати значні зусилля в ущільненні.

До недоліків засувок цього типу можна віднести необхідність застосування напрямних для переміщення затвора, підвищений зношування ущільнювальних поверхонь затвора, а також технологічні труднощі отримання герметичності в затворі.

Рис.3.14. Клинова засувка:

1- шпиндель з довгим різьбленням; 2- проміжне кільце та графітове ущільнення для PN 2,5 МПа та вище; для PN 1,6 МПа лише графітове ущільнення. Подвійне графітове ущільнення - на замовлення; 3- ущільнення з гофрованої сталі для засувок класу 1,6 МПа, спіральний ущільнювач для класу 2,5 - 4,0 МПа та 8,0 - 10,0 МПа та сполучне кільце для 12,5 МПа та вище; 4- напрямні в корпусі засувки забезпечують центрування клина під час відкриття та закриття; 5- гнучкий клин дозволяє компенсувати спотворення поверхні сідла та деформацію корпусу, викликані гідроударом у трубопроводі; 6-конструкція шпинделя запобігає виштовхуванню; 7-ходова гайка з м'яких сплавів, дозволяє у разі аварійної ситуації запобігти зламу штока в місці з'єднання з клином за рахунок зриву різьблення гайки; 8-замінний приварний ущільнювач включений у стандартну конструкцію, що прикручується ущільнювач - під замовлення.

13.5. Засувка клинова з переднапруженим ущільненням:

1-багаточасткове упорне кільце надійно утримує внутрішній тиск; 2-упорне кільце запобігає деформації ущільнювача; 3-вставка з нержавіючої сталі забезпечує безшумність та корозійну опірність; 4-ущільнення з куванням сталі забезпечує велику площу контакту, підвищуючи надійність ущільнення; 5-герметичний шток; 6-гнучкий клин дозволяє компенсувати спотворення поверхні сиву та деформацію корпусу, викликані гідроударом у трубопроводі; 7-ущільнювальне кільце сідла з напиленням зі стелліту №6 є стандартною конструкцією.

Засувки з цілісним клином

Прикладом конструкції засувки цього типу може бути засувка з висувним шпинделем (рис. 13.6). Вона складається з литого корпусу 1, в який увінчені ущільнювальні сідла 2. Як правило, їх виготовляють з легованих, зносостійких сортів сталі. Разом з корпусом відлиті, а потім механічно оброблені 3 напрямні для фіксації напрямку переміщення затвора (клину).

Рис. 13.6.Повнопрохідна засувка з цілісним клином:

1 – корпус; 2 – сідло; 3 - напрямна руху клина; 4 – клин; 5 – шпиндель; 6 – верхня кришка; 7 – шпилька; 8 – ущільнювальне прокладання; 9 - напрямна втулка; 10 – сальник; 11 – натискний фланець; 12 - бугель; 13 – гайка; 14 - маховик.

Клин 4 має дві кільцеві ущільнювальні поверхні і шарнірно через сферичну опору підвішений до шпинделя 5. Верхня кришка 6 з'єднується з корпусом за допомогою болтів або шпильок 7. Для центрування кришки по відношенню до корпусу в останній є кільцевий виступ, який входить в проточку корпус. Ущільнення між кришкою та корпусом забезпечується прокладкою 8, яка закладається у проточку корпусу. Для запобігання перекосу шпинделя у верхню частину кришки запресовується напрямна втулка 9.

Сальниковий пристрій складається з проточки в корпусі, куди поміщається набивка, натискної кільцевої втулки і фланця 11. Сальниковий пристрій ущільнюється натискним фланцем 11.

На кришці укріплений бугель 12, на якому розташована ходова гайка 13, що зазвичай виготовляється з антифрикційних сплавів. Маховик жорстко з'єднаний із ходовою гайкою.

При обертанні маховика гайка змушує шпиндель і пов'язаний із ним клин підніматися чи опускатися. У конструкції з'єднання затвора (клину) зі шпинделем (див. рис. 13.6.) клин може переміщатися у напрямку, перпендикулярному до осі шпинделя. При цьому в кінцевому положенні клин вільно входить у простір між сідлами навіть при розбіжності осі шпинделя з віссю симетрії затвора. Застосування такого з'єднання дещо здешевлює виготовлення засувок та полегшує їх монтаж після ремонту в умовах експлуатації.

Засувку з цілісним клином широко застосовують, так як її конструкція проста і, отже, має невелику вартість у виготовленні. Цілісний клин, що є дуже жорсткою конструкцією, досить надійний в робочих умовах і може бути застосований для перекриття потоків при досить великих перепадах тиску на затворі.

Однак не можна не відзначити ряд істотних недоліків цієї конструкції, до яких відносяться: підвищене зношування ущільнювальних поверхонь, потреба в індивідуальному пригонці сідел і клина при складанні для забезпечення герметичності (це повністю виключає взаємозамінність клина і сідел і ускладнює ремонт), можливість заїдання клина в закритому положенні в результаті зношування, корозії або під дією температури (при цьому відкрити засувку іноді буває неможливо); потреба у приводах із великим пусковим моментом.

Щоб уникнути заїдання, ущільнювальні поверхні клина та сідел виготовляють із різнорідних матеріалів.

Засувки з цілісним клином випускають як з висувним, так і невисувним шпинделем.

Засувки із пружним клином

Конструкція затвора засувок цього типу забезпечує краще ущільнення проходу в закритому положенні без індивідуального технологічного підгонки, так як затвор виконаний у вигляді розрізаного (або напіврозрізаного) клина, обидві частини якого пов'язані між собою пружним елементом. Під дією зусилля притискання, яке передається через шпиндель, в закритому положенні останній може згинатися в межах пружних деформацій, забезпечуючи щільне прилягання обох поверхонь ущільнювача клина до сідл.

Така конструкція затвора дуже перспективна, оскільки, маючи переваги затвора з цілісним клином, засувка з пружним клином виключає її недоліків. У засувці з пружним клином взаємозамінні затвори та підвищена надійність за високих температур (внаслідок зменшення небезпеки нерівномірного теплового розширення, що призводить до заклинювання затвора). Однак небезпека заклинювання в закритому положенні все ж таки повністю не усунута.

Рис. 13.7. Засувка із звуженим проходом та пружним клином:

1 корпус; 2-сідло; 3-затвор; 4-стійка; 5-шпиндель; 6-верхня кришка; 7-ходова гайка; 8-ребро.

13.8. Засувка з пружним клином та висувним

шпинделем:

1-корпус; 2-сідло; 3-затвор; 4-шпиндель; 5-ходова гайка; 6-маховик; 7-лін; 8-стійка

У засувці з пружним клином (рис. 13.7) затвор 3 являє собою розрізаний клин з пружним ребром 8, яке дозволяє поверхням ущільнювачів клина повертатися відносно один одного на деякий кут, що забезпечує краще прилягання до ущільнювальних поверхонь сідел. Ця особливість пружного клина виключає необхідність індивідуального технологічного припасування ущільнення і зменшує небезпеку заклинювання. Засувки цього типу виготовляють як із невисувним шпинделем (рис. 3.7.), так і з висувним (рис. 13.8).

Зусилля приводів при відкриванні таких засувок дещо більше, ніж у засувок з цілісним клином, зате герметичність затвора набагато вища.

Подібна інформація.