Конструирование и расчет задвижек

Задвижки имеют большое распространение и применяются обычно для трубопроводов диаметром от Dy = 50 мм до Dy = 2000 мм. В диапазонах размеров, выходящих за эти пределы, применение задвижек ограничено.

Положительными качествами задвижки являются сравнительная простота конструкции и малое гидравлическое сопротивление. У задвижек коэффициент гидравлического сопротивления находится обычно в пределах ζ = 0,08 +0,2, в то время как у вентилей он составляет ζ = 3 +5 и более. Малое гидравлическое сопротивление задвижек делает их особенно ценными, например, для трубопроводов, через которые постоянно движется среда с большой скоростью, в частности для трубопроводов большого диаметра. В энергетике на электростанциях, в водопроводах, газопроводах, в нефтеобрабатывающей промышленности и т. д. в качестве запорного устройства затвора, как правило, используются задвижки, а вентили используются лишь при малых Dy.

Недостатком задвижек является их относительно большая высота, поэтому в тех случаях, когда затвор должен быть, как правило, закрыт, а открывание производится редко, в целях экономии места при Dy = 200 мм используются вентили.

В настоящее время имеется большое разнообразие конструкций задвижек, которые можно подразделить по различным признакам на группы. Задвижки обычно изготовляются полнопроходными, т. е. диаметры отверстий в проходах задвижки не сужаются.

В некоторых случаях, с целью экономии места при монтаже и с целью уменьшения усилий и моментов, необходимых для управления, применяются суженные задвижки, у которых диаметры отверстий в корпусе сужаются. На рис. 12, а показана суженная задвижка с симметричным сужением, а на рис. 12, б с несимметричным. Суженные задвижки имеют больший коэффициент гидравлического сопротивления, чем полнопроходные.

Большое значение для работы задвижек имеет расположение резьбы шпинделя и ходовой гайки - расположены ли они внутри задвижки, в среде или вынесены за пределы зоны рабочей среды. По этому признаку задвижки можно подразделить на задвижки с выдвижным и не выдвижным шпинделем. У первых резьба находится снаружи (рис. 12), у вторых внутри полости задвижки (рис. 13). Нормальная работа резьбовой пары шпиндель ходовая гайка может протекать лишь в чистой среде, не коррозирующей и не засоренной твердыми примесями, поэтому задвижки с не выдвижным шпинделем имеют ограниченное применение в средах: чистая вода, масло и некоторые другие. В задвижках с не выдвижным шпинделем затруднены наблюдение, уход и ремонт резьбовой пары, поэтому при коррозионных средах: кислотах и щелочах, а также для пара и в других ответственных случаях используются задвижки с выдвижным шпинделем. Задвижки с не выдвижным шпинделем имеют меньшие габариты по высоте, что делает целесообразным их применение для подземных коммуникаций, колодцев, в качестве нефтяных фонтанных задвижек для установки на «елках» нефтяных скважин и т. д. В последнее время число конструкций задвижек с не выдвижным шпинделем сокращается.

В зависимости от расположения уплотняющих колец в корпусе задвижки можно разделить на параллельные и клиновые. В параллельных задвижках (рис. 14) уплотняющие кольца корпуса расположены параллельно, в клиновых (рис. 15) кольца расположены под углом.

Параллельные задвижки могут иметь два диска с клиновым распором (рис. 14, а и б) или один плоский диск для работы самоуплотнением (рис. 16). Последняя конструкция применяется сравнительно редко.

Клиновые задвижки, в свою очередь, подразделяются на задвижки с цельным клином (рис. 15, а) и задвижки клиновые двухдисковые, у которых клин образуется двумя дисками, расположенными под углом (рис. 15, 6). Применение цельного диска создает жесткую и надежную конструкцию, но жесткость клина, полезная для обеспечения надежной плотности замка, создает при колебаниях температуры опасность заклинивания клина со всеми вытекающими отсюда последствиями из-за невозможности открыть задвижку. В задвижке с двухдисковым клином вероятность заклинивания значительно меньше. Цельный клин в задвижке лучше направляется, чем двухдисковый, что является ценным качеством. В последнее время разрабатываются конструкции упругого цельного клина.

Задвижки изготовляются из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов и из пластмасс. Задвижки большого прохода для малых давлений иногда изготовляются сварными.

Поперечное сечение корпуса задвижки может иметь вид прямоугольника, овала или круга. Такое же сечение имеет и соответствующая крышка. Под действием внутреннего давления среды стенки плоских и овальных корпусов и крышек начинают выпучиваться, приближаясь к форме цилиндра, которая наиболее благоприятна для восприятия внутреннего давления. Плоские и овальные формы сечения используются лишь для арматуры небольших давлений. Можно примерно считать, что задвижки с плоским корпусом (рис. 17) применяются при давлении до Py = 4 кПсм².

Чугунные задвижки с овальным корпусом (рис. 18) используются при давлениях до Рy = 10 кПсм², стальные до Ру = 16 кП см² . При больших давлениях применяются задвижки с круглым сечением корпуса (рис. 19).

Для увеличения жесткости плоских и овальных корпусов и крышек они снабжаются ребрами жесткости. Задвижки с круглым корпусом ребер не имеют. Ребра могут быть расположены внутри (рис. 18) или снаружи (рис. 17). Изготовление внутренних ребер технологически несколько сложнее, чем наружных. В наружных ребрах, расположенных вдоль длинной стенки, под действием давления среды возникают напряжения растяжения - во внутренних напряжения сжатия.

Допускаемые напряжения сжатия для чугуна значительно больше допускаемых напряжений растяжения, поэтому чугунные задвижки с внутренними ребрами при тех же размерах и условиях работы прочнее, чем с наружными ребрами; в силу этого чугунные задвижки стараются снабжать вдоль длинной стенки ребрами, расположенными внутри.

Для стальных задвижек расположение ребер снаружи или внутри равнозначно, поэтому их чаще всего выполняют с наружными ребрами, изготовление которых проще. Ребрами жесткости снабжаются также диски или клинья больших задвижек, в задвижках используются либо ручной привод, либо электрический.

продолжение статьи

Смотри также:
Конструирование и расчет запорной арматуры, введение
Конструирование и расчет клапанов и вентилей