ЗАДВИЖКА АВАРИЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Олейников Андрей Владимирович

аспирант, ВолгГТУ, г. Волгоград

E-mail: oleynikovandreyvl@gmail.com

Иванов Виктор Владимирович

канд. техн. наук, доцент ВолгГТУ, г. Волгоград

E-mail: ua4aeo@mail.ru

VALVE EMERGENCY APPOINTMENTS TO MAIN PIPELINE

Oleynikov Andrey

postgraduate student, VSTU, Volgograd

Ivanov Viktor

candidate of Technical Sciences, Associate Professor of VSTU, Volgograd

АННОТАЦИЯ

Зачастую задвижки используемые в магистральных трубопроводах являются не устойчивыми к агрессивной рабочей среде, в которой им приходится работать, из-за неметаллических прокладок и узлов, поэтому предлагаемое устройство запорной арматуры не имеет не металлических включений, все элементы задвижки соединяются посредством сварки. Притом все основные элементы задвижки выполняются из материалов стойких к агрессивной рабочей среде, что позволяет увеличить срок эксплуатации задвижки.

ABSTRACT

Often valves used in pipelines are not resistant to aggressive working environment in which they operate, because of non-metallic gaskets and components, so the proposed device valves has no metal contamination, all elements of the valve are connected by welding. While all of the major elements of the valve are made of materials resistant to aggressive working environment, thus increasing the service life of the valve.

Ключевые слова: запорная арматура; высокая надежность; сварной сильфон; соединение деталей посредством сварки.

Keywords: valves, high reliability, welded bellows, the connection details by welding.

Традиционные запорные устройства трубопроводов — вентили и задвижки, особенно при эксплуатации в агрессивной среде или при значительных перепадах температуры, выходят из строя, или дают отказы, причиной которых являются подвижные соединения звеньев, нуждающихся в смазке, уплотнения, герметизирующие элементы управления запорных устройств, склонные к старению, тем самым нарушающие подвижность устройств и их работоспособность.

Невозможность открыть или закрыть запорное устройство может во многих случаях стать причиной аварии или катастрофы.

Возможность потери работоспособности запорного устройства, работающего в условиях промышленного предприятия или обслуживаемого специальными бригадами объекта, может быть предотвращена утверждающими регламентными работами. При этом трубопроводная система должна быть или остановлена или содержать дублирующие запорные устройства, существенно усложняющие саму систему.

Для трубопроводов систем горячей и холодной воды коммунальных организаций, магистральных трубопроводов нефтехимических предприятий, которые подвергаются химическому и температурному воздействию, зависящему от погодных условий, природных катаклизмов (наводнения, снежные заносы), спрогнозировать и выполнить регламентные работы по обеспечению работоспособности практически не возможно.

Из этого следует, что в запорных устройствах аварийного назначения, т. е. редко используемых, но требующих особо высокой надежности, и не обязывающих производства регламентных работ, способных функционировать с агрессивными рабочими телами в условиях агрессивных сред, причем в значительно широком температурном диапазоне, обязательно должны отсутствовать шарнирные соединения деталей между внутренней полостью и внешней средой, а также уплотнения из неметаллических материалов.

Решение этой задачи в запорном устройстве аварийного назначения выполняется из материала, стойкого к воздействию рабочего тела и среды, посредством соединения деталей сваркой.

Корпус задвижки содержит входной 1 и выходной 2 каналы в виде двух отрезков трубы, между которыми размещена направляющая 3 с ползуном 4 (шибером). На запорной стороне ползуна закреплен стакан 5, обеспечивающий шарнирное соединения ползуна со сферическим оголовком 6 внутреннего конца двуплечего коромысла 7. С внешней стороны корпуса коромысло 7 имеет поперечину 8, шарнирно, со значительным зазором, соединенную с проушинами 9, приваренными к корпусу задвижки так, что геометрическая ось шарнирного соединения поперечины 8 и проушин 9 пересекает сварной сильфон 10 в плоскости крепления проушин.

Сварной сильфон 10, выполняющий роль уплотнения, периферийной частью приварен к фланцу корпуса, а через его центр, также сварным соединением, пропущено на внешнюю поверхность задвижки коромысло 7, выполняя роль уплотнения при передаче движения от внешнего конца 11 коромысла 7 к внутреннему с оголовком 6, а затем ползуну 4, расположенному внутри корпуса задвижки.

Для фиксации положения ползуна на внешней стороне корпуса, напротив внешнего конца 11 коромысла 7, посредством шарнира 12, закреплена серьга 13 фиксатора в виде планки с рядом отверстий, которыми она может быть наброшена на конец коромысла, обеспечивая стопорение коромысла 7, а, следовательно, регулировку и фиксацию положения ползуна задвижки. Сварной сильфон посредством сварки крепиться к стакану 14 (Рисунок 1).

Рисунок 1. Задвижка аварийного назначения для трубопроводов

Теоретические исследования работоспособности упругого элемента сильфона задвижки.

Для подтверждения работоспособности задвижки, применительно к конкретным эксплуатационным параметрам трубопроводов, в частности к коммунальным сетям горячей и холодной воды, нефтепроводам. Были выполнены аналитические исследования по оценке характеристик и нагруженности материала сварных сильфонов, выполненных из листового материала, способных под нагрузкой получать большие угловые перемещения (осевые перемещения будут скомпенсированы или очень малы, так что ими можно пренебречь), а также схем их деформации и конструктивного исполнения.

Дано: Сварной сильфон типа I, состоящий из мембран n = 7, D_Н = 2R_Н = 100 мм; D_В = 2 R_В = 62,5 мм; h = 0,8 мм и H = 2,6 мм. Сильфон изготовлен из стали X18Н10Т, модуль упругости E = 20300 кгс/мм², предел прочности [n] = 1,85, предел текучести [_т] = 70 кгс/мм². Вычислить наибольшее эквивалентное напряжение при давлении р = 8 кгс/см², при работе сильфона по схеме силовой компенсации (имеются ограничения осевого перемещения).

1.  Рассчитаем напряжения, возникающие в сильфоне при действии внутреннего давления.

Вначале подсчитываем коэффициент k, учитывающий отношение внешнего к внутреннему радиусам сильфона:

;

Определим наибольшие эквивалентные напряжения _р при нагружении сильфона давлением рабочего тела р = 8 кгс/см², если сильфон не совершает осевого перемещения. Для k = 1,6 и H/h = 4 находим по номограмме величину  =0,0705 и по формуле (22 стр.45 [1]) рассчитываем наибольшее эквивалентное напряжение:

преобразуем,

;

2.  Рассчитываем момент М необходимый для изгиба сильфона при заданном угле поворота .

Максимальный момент для изгиба сильфона при толщине стенки h = 0,65 мм, угле поворота  и коэффициент изгиба = 0,0276, который выбираем по коэффициенту из таблицы 2, составит:

 преобразуем,

Н*м;

где:  — коэффициент изгиба.

3.  Рассчитаем напряжения, которые возникают при изгибе сильфона по теории круглых пластин [2].

где: Вφ_H — коэффициент напряжений возникающих при изгибе сильфона.

4.  Сравним напряжения, которые возникают при действии внутреннего давления, по двум теориям (по сборнику Андреевой и теории круглых пластин) и вычислим коэффициент расхождения между двумя вычисленными величинами (с).

;

где: В_р — коэффициент напряжений возникающих при внутреннем давлении рабочего тела.

Т. к. у нас условия силовой компенсации, то λ будет настолько маленьким что им можно будет пренебречь (или λ=1).

5.  Рассчитаем напряжения которые возникают при изгибе сильфона.

6.  Рассчитаем максимальные напряжения которые возникают в сильфоне при действии внутреннего давления и изгибающего момента.

;

7.  Найдем коэффициент запаса прочности.

Список литературы:

1.Андреева Л.Е. Сильфоны. Расчет и проектирование / Л.Е. Андреева; под ред. Л.Е. Андреевой. — М.: Машиностроение, 1975. — 156 с.

2.Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов / Л.Е. Андреева. — М.: Машгиз, 1962. — 456 с.

3.Пономарев С.Д. Расчет упругих элементов машин и приборов / С.Д. Пономарев, Л.Е. Андреева. — М., 2004. — 326 с.