книги / Трубопроводная арматура

Открытие клиновой задвижки

Момент при открытии отличается от момента при закрытии тем, что при открытии необходимо преодолеть инерцию подвижных деталей, и тем, что коэффициент трения при трогании с места больше коэффициента трения при движении. После длительного пребывания задвижки в закрытом положении кольца могут, как говорят, «прикипеть», что потребует приложения повышенного усилия вдоль шпинделя; при длительном соприкосновении двух металлических поверхностей, прижатых друг к другу с большим усилием, и, в особенности при высокой температуре, между ними могут возникнуть силы молекулярного сцепления.

В начале поворота маховика на открытие шпиндель, нагруженный силой Q0 и прижатый к клину, начнет разгружаться; нагрузка при дальнейшем повороте дойдет до нуля, и после того как будет выбран «мертвый ход» в гайке и в сопряжении головка шпинделя — клин усилие на шпинделе переменится на обратное. На рис. 6.7 показаны положения шпинделя и действующее на него усилие до и после выбирания «мертвого хода» между головкой шпинделя и клином.

Наибольший момент в резьбе, необходимый для подъема выдвижного шпинделя в начальный момент открытия, как показано на рис. 6.7, а:

211

(6. 21)

Мо = 0 о ^ Е ‘Э('> ~ а)

усилие Qo направлено в сторону движения шпинделя.

После того как будет выбран «мертвый ход» z, усилие 0 0 исчезнет,

и для подъема клина потребуется усилие Q0', схема показана на рис. 6.7, б [23,24,28].

Рис. 6.7. Схема влияния «мертвого хода» z на связь шпинделя с клином

При этом момент в резьбе, необходимый для подъема шпинделя,

усилие Q0' направлено в сторону, противоположную движению винта.

Обычно М0' больше Мо, поэтому расчет следует вести по величине М0*. Для быстрого определения ориентировочной величины необходимого крутящего момента при управлении клиновой задвижкой можно воспользоваться приведенным на рис. 6.8 графиком [23,24,28].

Наибольшее усилие вдоль шпинделя рассчитывается по формуле (6.17):

С)о =Q.1 +Q шп +Т

212

If. Ни

Рис. 6.8. График расчетных крутящих моментов, необходимых для открытия клиновой задвижки под полным перепадом давлений при одностороннем самоуплотнении:

---------------— шпиндель вы движ ной;-----------— шпиндель выдвижной с гайкой и упорным шарикоподшипником;----------------— значения крутящих моментов, развиваемых электроприводами А, Б, В, Г, Д

Закрытие параллельной задвижки с клиновым распором

Наибольший момент на маховике по формуле (6.18):

м=м0 +мб

Здесь момент в резьбе:

213

момент трения в бурте:

(6.24)

Открытие параллельной задвижки с клиновым распором

Величина момента на маховике, необходимого для открытия, определяется выражением:

Начальный момент открытия до отжатия дисков рассчитывается по формуле (6.21):

Мо =О0 - Г ‘9 (р'-°>-

В дальнейшем, когда будет выбран «мертвый ход»

(6.26)

Расчетной величиной является наибольшая из полученных. В большинстве случаев первая имеет большую величину и поэтому обычно считается расчетной.

В таблице 6.3 приведены формулы для силового расчета задвижек различных конструкций.

При выборе электропривода следует тщательно проанализировать условия работы задвижки с тем, чтобы четко установить, какие требования должны быть предъявлены к данной задвижке для обеспечения ее плотности. Необходимо выяснить, возможно ли присутствие в транспортируемой по трубопроводу среде твердых примесей, которые могут значительно увеличить силы трения, что вызовет увеличение необходимого крутящего момента на маховике.

Для ускоренного расчета крутящего момента на маховике и выбора электропривода к задвижкам с вращаемым шпинделем при работе задвижки в условиях одностороннего самоуплотнения можно использовать номограмму, разработанную Д.Ф. Гуревичем.

214

цами при угле наклона клина <p=2°52' для условий работы за­ движки при односторонней гарантированной плотности согласно таблице 6.1 определяется формулой

Qj = 0,60Qy + 0,25Qcp - QG ,

где Qy — усилие, необходимое для уплотнения, Н; Qcp — усилие от давления среды на клин, Н; Qc — вес подвижных частей, который здесь относительно мал, поэтому его в расчете не учитываем.

Определяем эти величины:

Усилие, необходимое для уплотнения, определяется по формуле

(5.2):

здесь приняты следующие данные: средний диаметр уплотняющих

колец D, = 900 мм, D2 = 827 мм; удельное давление определяем по следующей эмпирической зависимости для латунных уплотняющих колец (где Р в кгс/см2, а b в см), приведенной в таблице 5.2.

усилие от действия давления среды по формуле (5.1):

Таким образом, наибольшее усилие вдоль шпинделя, необходимое для закрытия задвижки, согласно таблице 6.3 имеет величину:

Q0 = Qj = 0,60 • 285 • 103 + 0,25 1463,3 • 103 = 536,8 кН

b) Момент на шпинделе, необходимый для закрытия задвижки, определяется согласно таблице 6.3 по формуле:

216

м=м0 +мс+мб,

где М0 — момент в резьбе, Н- м; Мс — момент трения в сальнике, Н м; Мб — момент трения в бурте, Н м.

Определим эти величины.

Момент в резьбе определяется по формуле (6.23):

d

MQ = Q0 —-±-tg(a + р) = 536800 • 0,01255 = 6736,8 Н м.

2

Здесь принято — tg(a+p) =0,01255 м согласно таблице 5.4 при

коэффициенте трения р = 0,25 (таблица 5.5), так как резьба ТРАП 90x12 находится в среде. Момент трения в сальнике в соответствии с таблицей 6.3:

d_

Мс =Т -£- = 7560 -0,045 = 340,2 Н-м,

2

где Т — сила трения в сальнике, Н; dc = 0,09 м — диаметр шпинделя в сальнике.

Определим силу трения в сальнике:

Т = \|fdcsP = 2,24 • 0,09 • 0,015 • 2,5 • 106 = 7560 Н.

Здесь коэффициент ц/ = 2,24 согласно данным таблице 5.3 при

Размеры приведены на рисунке 6.9.

Момент трения в бурте согласно таблице 6.3

Мб = (Q0 + Ошп)— Рб = <536'800 +15896) *0,12 0,01 =663,2 Н-м, 2

где усилие, необходимое для перемещения клина при закрытии, Q0= 536800, Н,

усилие, выталкивающее шпиндель, определяется согласно таблице 6.2:

217

°ш п = °-785dcP = °*785 ■°-0922'5 • 1 0 6 = 15896 н -

средний диаметр бурта принят по шарикоподшипнику: d6 = 0,24 м; коэффициент трения принят = 0,01.

Таким образом, наибольший момент на шпинделе, необходимый для закрытия задвижки:

М = 6736+ 340,2+ 663,2 = 7739,4 Н-м.

Наибольший момент на маховике, необходимый для закрытия задвижки вручную,

a)Наибольшее усилие, необходимое для перемещения клина при открытии, согласно таблице 6.1 определяется по формуле:

Qy =0,6Qy +0,35Qcp

Используя уже вычисленные значения Qy и Qcp получаем:

Qj = 0,6 • 285000 + 0,35 • 1463300 = 683155 Н.

B) Крутящий момент на шпинделе согласно таблице 6.3

M ’=M Q + M ^.+M 6 ,

(вычислен ранее); Мб — момент трения в бурте.

218

Момент в резьбе:

М'о = Qo ~ 2 t9(a + Р) = 683155 • 0,01255 = 8574 Н-м.

Момент трения в бурте согласно таблице 6.3

Мб =Q Q — Цб =683155 0,12 0,01 = 819,8 Н-м.

2

Таким образом, наибольший крутящий момент на шпинделе, необходимый для открытия задвижки:

м ’ = 8574 + 340,2 + 819,8 = 9734 Н-м.

Наибольший момент на маховике ручного привода равен:

в) Усилие на маховике, необходимое для открытия,

В результате расчета получены следующие моменты и усилия, необходимые для управления задвижкой.

Закрытие задвижки: момент на шпинделе М = 7 739,4 Н-м; момент на маховике М„ = 102,9 Н-м; усилие на маховике Ом = 257,3 Н.

Открытие задвижки:момент на шпинделе М = 9 734 Н-м; момент на маховике Мм = 129,1 Н-м; усилие на маховике QM= 322,8 Н.

219

П р и м е ч а н и е - Коэффициент влияния жесткости к принимается от к = 0,5 при относительно жестких конструкциях корпуса и клина до к = 1,0 при относительно упругих