Конструирование и расчет кранов
Краны имеют более ограниченное применение, чем задвижки или вентили, и не располагают таким разнообразием конструкций. Они используются главным образом для трубопроводов малых диаметров. Лишь последнее время получили распространение краны для трубопроводов с Dy = 700 мм и более. Положительными качествами крана являются: простота конструкции, компактность, малое гидравлическое сопротивление, сравнительно небольшие размеры по высоте, возможность предохранения уплотняющих поверхностей корпуса и пробки от воздействия протекающей среды при открытом положении крана и возможность применения смазки уплотняющих поверхностей, так как уплотняющие поверхности корпуса и пробки соприкасаются постоянно. Вместе с тем краны имеют недостатки, основными из которых являются: сравнительно быстрый износ и потеря плотности корпусного соединения в связи с большим трением соприкасающихся поверхностей при повороте пробки, при разнице в величине пути трения для верхней и нижней части пробки, а также относительная сложность процесса притирки пробки к корпусу крана. Краны изготовляются из латуни, бронзы, чугуна, стали, пластмасс и других неметаллических материалов.
Краны подразделяются на две большие группы: сальниковые (рис. 24, а) и натяжные (рис. 24, б). В сальниковых кранах поджатие пробки осуществляется путем затяга сальника, через набивку которого передается осевая нагрузка на пробку крана. Для возможности отжатия пробки с целью регулирования усилий снизу корпуса устанавливается отжимной винт (рис. 25, 26). В натяжных кранах продольное усилие на пробке создается затяжкой гайки на хвостовике пробки. Таким образом, в натяжных кранах верхний и нижний торцы пробки не уплотняются, и в случае протечки крана рабочая среда будет поступать наружу. В сальниковых кранах в случае образования неплотности в конусном соединении среда наружу поступать не будет, а будет просачиваться в перекрытую часть трубопровода.
Для управления краном пробка крана обычно снабжается квадратом для ключа или рукоятки (рис. 24), в некоторых случаях на пробке закрепляется рукоятка управления.
Основные параметры кранов регламентированы ГОСТом 9702-87.
Крепление проходных кранов на трубопроводах производится либо муфтами с внутренней резьбой (рис. 24), что обычно применяется в кранах из чугуна и цветных сплавов небольшого размера, либо с помощью фланцев (рис. 25, 26, 27), которыми обычно снабжаются краны с большим диаметром прохода.
Для густых смол (каменноугольная смола, пек) и других вязких материалов используются краны с паровым обогревом (рис. 26). Через рубашку крана пропускается пар, благодаря чему сохраняется жидкотекучесть нагретой смолы и обеспечивается работоспособность крана.
Рассмотренные конструкции кранов являются затворами, они служат для открывания и закрывания прохода среды. Двухходовые краны имеют при работе два положения пробки. Существуют также трехходовые краны (рис. 27), имеющие четыре положения пробки, при которых поток среды может либо разветвляться по двум направлениям, либо направляться в каждое из них в отдельности, либо поток может перекрываться полностью.
Для управления кранами больших диаметров прохода при высоком давлении среды необходимы значительные моменты для проворота пробки, поэтому такие краны обычно снабжаются червячным редуктором, как это показано на рис. 28, где пробка расположена вершиной конуса вверх. На уплотняющих поверхностях этого крана сделаны канавки, в которые подается смазка. Смазка имеет определенную консистенцию в зависимости от температуры и давления среды. На уплотняющих поверхностях при повороте пробки образуется пленка смазки, что повышает степень плотности подвижного конусного соединения, уменьшает силы трения и износ поверхностей. Подача смазки осуществляется ввинчиванием болта в пробку, обратный шаровой клапан исключает возможность обратного выдавливания смазки.
На рис. 29 показана бесколодезная установка на трубопроводе стальных кранов Dy = 400 … 700 мм для рабочего давления среды р раб = 64 кПсм2. Присоединение крана к трубопроводу производится путем сварки. Управление крана ручное с помощью червячного редуктора. Кран снабжен обводом (байпасная линия) для выравнивания давления по обе стороны пробки. Для этой цели на кронштейне смонтирован трехходовой кран со смазкой, управляемый вручную через червячный редуктор. Два патрубка использованы для работы обвода, третий служит для контрольного выпуска газа, а также для продувки газопровода при выполнении ремонтных работ.
Управление краном можно осуществлять с помощью пневматического привода. Конструкция крана со смазкой для Dy = 200 мм на Ру = 16 кПсм2, управляемого пневмоприводном, приведена на рис. 30. Поршень пневмопривода приводит в движение рейку, сцепленную с зубчатым сектором, насаженным на ось пробки. При перемещении поршня поворачивается зубчатый сектор, а вместе с ним и пробка крана. Необходимое давление воздуха в цилиндре привода 3…5 кПсм2.
Так называемые конусные затворы (рис. 31) по принципу действия и конструкции сходны с кранами и используются, например, для предотвращения обратного потока воды при остановке насоса (выполняют роль обратного клапана). Конусный затвор имеет корпус и пробку такие же, как и у крана, но отличается от крана тем, что при закрывании и открывании прохода производится предварительный подъем пробки на некоторую высоту, необходимую для того, чтобы уплотняющие поверхности пробки и корпуса разошлись, и во время поворота пробки устранялось трение и износ уплотняющих поверхностей. Последовательные действия подъема поворота пробки осуществляются с помощью специального механизма, основными деталями которого являются шпиндель с гайкой, вилка и ползун с роликом (рис. 31, а). Ползун с помощью шатуна связан с кривошипом, поворачивающим гайку шпинделя. Привод перемещает ползун вдоль направляющих. Подъем пробки происходит при повороте гайки в то время, когда вилка заблокирована роликом. Затем ролик заходит в вилку, после чего гайка и вилка поворачиваются совместно, и происходит поворот приподнятой пробки. При дальнейшем движении ролик выходит из вилки и блокирует ее положение, двигаясь дальше, при этом пробка опускается вниз. При движении ползуна в обратном направлении все происходит в обратной последовательности. Управление осуществляется либо при помощи электропривода (рис. 31, а), либо с помощью гидравлического привода (рис. 31, б). Конусные затворы изготовляются для трубопроводов с диаметром прохода Dy = 200…7800 мм.
Существуют конструкции кранов с цилиндрической пробкой (рис. 32). В связи с пониженными возможностями обеспечения внутренней плотности по сравнению с конусными, эти краны используются для вязких сред или в тех случаях, когда требования к плотности перекрытого крана могут быть снижены.
В последнее время получают распространение шаровые краны, у которых пробка имеет вид шара, поворачивающегося вокруг вертикальной оси (рис. 33). Эти краны успешно применяются для агрессивных сред и для низких температур при различных диаметрах прохода. На рис. 34 показан шаровой кран со смазкой Dy = 800 мм, Рраб = 55 кПсм2 для бесколодезной установки на трубопроводе.
Смотри также:
Конструирование и расчет запорной арматуры, введение
Конструирование и расчет клапанов и вентилей
Конструирование и расчет задвижек
