ШИБЕРНАЯ ЗАДВИЖКА

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре для нефти, газа, пара, воды, нефтехимических продуктов и т.д., а именно к линейной арматуре, в частности к задвижкам.
Задвижки являются арматурой, в которой запирающий элемент перемещается по прямой линии, перпендикулярной направлению движения потока рабочей среды. Материалами, наиболее часто применяемыми в конструкции задвижек, являются чугун, углеродистая, легированная и нержавеющая сталь, бронза и другие медьсодержащие и никелевые сплавы. Для высоко коррозионных рабочих сред, вступающих в химическую реакцию с металлическими поверхностями, арматура должна быть покрыта защитными материалами, например эбонитом, пластмассами, стеклом и керамикой (Шпаков О.Н. Азбука трубопроводной арматуры. Справочное пособие. ООО Изд-во «Компрессорная и химическая техника», 2003 г.).
Известна шиберная задвижка, содержащая запирающий.элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями, и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента, при этом запирающий элемент выполнен из низколегированной стали с низким содержанием хрома с азотированными уплотнительными поверхностями, а седла выполнены с наплавкой из сплава на основе кобальта, в частности Stellite 6, включающего хром, углерод, вольфрам и кобальт (Патент США №4599278, F16K 3/00, 1986 г.).
Недостатком известного решения является то, что оно не обеспечивает долговременной антикоррозионной защиты уплотнительных поверхностей запирающего элемента и контактирующих с ними поверхностей седел, а значит снижает надежность работы и ресурс задвижки. Как известно, наплавка или оплавление производится при очень высоких температурах, поэтому в процессе нанесения покрытия перегревается основная деталь, что приводит к деформации и разупрочнению основного металла, из которого выполнены седла. Азотирование уплотнительных поверхностей запирающего элемента также не обеспечивает их коррозионной стойкости.
Известна шиберная задвижка, имеющая покрытие на уплотнительной поверхности на основе карбидов металлов (Патент РФ №67664, F16К 3/00, 2006 г.).
Недостатком такого покрытия является высокий коэффициент трения карбида по карбиду, что затрудняет работу приводов при открытии и закрытии шиберной задвижки и делает невозможным применение данных покрытий для шиберных задвижек из-за усилий, необходимых для их открытия и закрытия в условиях переменного высокого давления в условиях особо агрессивных сред.
Задачей заявленного решения является создание покрытия, обладающего высокой твердостью, коррозионной стойкостью и при этом низким коэффициентом трения, обеспечивающего надежную работу шиберных задвижек в условиях переменного высокого давления в условиях особо агрессивных сред.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является увеличение надежности работы и ресурса шиберной задвижки в условиях переменного высокого давления в условиях особо агрессивных сред, за счет обеспечения защитного покрытия уплотнительных поверхностей ее запирающего элемента и контактирующих c ними поверхностей седел, обладающего высокой твердостью, коррозионной стойкостью, высокой адгезией к основному материал и при этом низким коэффициентом трения.
Задача решается тем, что в шиберной задвижке, содержащей запирающий элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями, и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента, уплотнительные поверхности запирающего элемента и/или поверхность седел со стороны контакта с уплотнительными поверхностями запирающего элемента выполнены в виде напиленного газотермическим методом слоя покрытия на основе карбидов вольфрама, хрома, титана, кремния на связке никелевых или кобальтовых сплавов, включающих никель-хром, кобальт-хром, никель-вольфрам, никель-титан, самофлюсующиеся сплавы, включающие никель-хром-бор-кремний, с включениями на границе зерен напыленного покрытия наночастиц, включающих окислы алюминия; и/или титана. Формирование данных частиц происходит при одновременном напылении карбидов на связке в виде порошка и подачей гелей, включающих гидроксиды алюминия и/или титана вместе с топливом. Общее количество наноразмерных окислов, включающих окислы алюминия и/или титана, в покрытиии составляет от 0,05 до 5 вес.%. При нанесения карбидного покрытия с наночастицами окислов в количестве менее 0,05 вес.%. не наблюдается эффекта снижения коэффициента трения. При содержании наночастиц окислов в количестве более 5 вес.%. происходит снижение когезионных характеристик покрытия.
Кроме того, покрытие на уплотнительной поверхности седел может быть выполнено в виде наплавленного методами плазменной или лазерной наплавки слоя на основе карбидов вольфрама, хрома, титана, кремния на связке никелевых или кобальтовых сплавов, включающих никель-хром, кобальт-хром, никель-вольфрам, никель-титан, самофлюсующиеся сплавы, включающие никель-хром-бор-кремний.
Кроме того, покрытие на уплотнительных поверхностях запирающего элемента и поверхности седел может быть выполнено с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ.
Выполнение покрытия в виде напыленного слоя, осуществляемого газотермическим методом напыления карбидов вольфрама, хрома, титана, кремния на связке никелевых или кобальтовых сплавов, включающих никель-хром, кобальт-хром, никель-вольфрам, никель-титан, самофлюсующиеся сплавы, включающие никель-хром-бор-кремний, с включениями на границе зерен напыленного покрытия наночастиц, включающих окислы алюминия и/или титана, обеспечивает необходимую износостойкость и коррозионную стойкость, а присутствие в покрытии наноразмерных оксилов, включающих окислы алюминия и/или титана, обеспечивает низкий коэффициент трения (Таблица 1, Протокол испытаний от 01.10.2009).
В нижеприведенной таблице представлены сведения о ресурсе задвижки с покрытиями, предлагаемыми к нанесению на поверхности ее контактирующих элементов в зависимости от состава и процентного содержания материала связки, в следующих средах:
3
3
2
3
3
3
Среда 1: неагрессивный природный газ, содержащий жидкие углеводороды, этиленгликоль, метанол (СНОН), турбинные масла, воду и механические примеси в следующем количестве: влага и конденсат - до 1200 мг/нм; механические примеси до 10 м/нм с размером частиц до 1 мм, а также реагенты, вызывающие коррозию: сероводород - не более 20 мг/нм, натрий + калий - не более 3 мг/нм.
Среда 2: вода, глинистый раствор, цементный раствор, растворы кислот соляной, серной, муравьиной в концентрации до 20%, нефть.
Таблица 1
Материал покрытия
Количество наноразмерных включений, вес.%
Твердость, HRC
Ресурс задвижки, кол-во циклов
Основа
Включения
Среда 1
Среда 2
WC-CoCr
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0.5
70-72
Не менее 7000
Не менее 6000
1
68-71
3
69-72
WC-CoCr
TiO<sub>2</sub>
0.5
69-72
Не менее 7000
Не менее 6000
1
68-70
3
68-69
Сr<sub>3</sub>С<sub>2</sub>-NiCr
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0.5
63-65
Не менее 6000
Не менее 5000
1
63-64
3
61-64
Сr<sub>3</sub>С<sub>2</sub>-NiCr
TiO<sub>2</sub>
0.5
62-65
Не менее 6000
Не менее 5000
1
62-63
3
62-64
Из таблицы видно, что срок службы шиберной задвижки с предлагаемыми покрытиями, по сравнению с известными (например, из легированной стали, ресурс которых составляет 1000 циклов), увеличится в несколько раз, поскольку нанесенный на поверхности ее элементов защитный слой обладает требуемым уровнем прочностных, коррозионных, противозадирных и антифрикционных свойств, препятствующих разрушению этих поверхностей.
Полезная модель позволяет повысить гарантированный ресурс эксплуатации шиберных задвижек.