Особенности конструкции и актуальные задачи расчета шиберных задвижек

A new design friction shutter drive mechanism of the pipeline, ensuring a continuous decline in the speed of descent of the closure element as narrowing of the passage in the pipeline. It is shown that this construction has a number of advantages over single-speed drive, but it has the characteristics of calculation. Rational design of the mechanism can significantly improve the safety and efficiency of pipeline transportation.

Key words: calculation, fittings, gate valve, the pressure difference.

Zukaev Artem Ivanovich, postgraduete, pmdm@,tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lopa Igor Vasilevich, doctor of technical science, professor, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Efimova Anna Igorevna, candidate of technical science, docent, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.646

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И АКТУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ РАСЧЕТА ШИБЕРНЫХ ЗАДВИЖЕК

А.И. Жукаев, И.В. Лопа, А.И. Ефимова

Рассматриваются особенности конструкции и определяются актуальные задачи расчета шиберного затвора трубопроводной арматуры. Показано, что шиберный затвор обладает рядом преимуществ по сравнению с клиновым затвором, но при этом его расчет имеет ряд характерных особенностей. Рациональное решение выявленных задач может существенно повысить безопасность и эффективность трубопроводного транспорта.

Ключевые слова: расчет, арматура, шиберный затвор, перепад давлений.

Одним из важнейших классов трубопроводной арматуры является запорная арматура - устройства, применяемые для периодического или разового включения или отключения трубопровода или объекта. Основными видами промышленной запорной арматуры являются задвижки, которые в свою очередь подразделяются на клиновые и шиберные.

К клиновым задвижкам относят изделия, затвор которых изготовлен в виде плоского «клина». В этих изделиях седла с уплотни-тельными поверхностями расположены параллельно уплотнительным поверхностям затвора и под определенным углом к направлению его движения [1].

269

Задвижки производятся с цельным и упругим клином. Конструкция затвора этого изделия, способна обеспечить в закрытом положении надежное уплотнение прохода. Под действием прижимного усилия, передаваемого шпинделем, он в закрытом положении изгибается в пределах упругой деформации, тем самым обеспечивает плотное прилегание поверхностей клина к седлам. При этом существует существенная вероятность потери продольной устойчивости шпинделем, что приведет к невыполнению затвором заданных функций по перекрытию потока [2]. Как правило, клиновая задвижка используется в случаях необходимости создания весьма высокой степени герметичности затвора в ее закрытом положении.

Данная конструкция изделия имеет ряд существенных недостатков:

малый срок службы уплотнительных поверхностей;

при сборе, для обеспечения максимальной герметичности, существует необходимость в индивидуальной притирке седел и клина (взаимозаменяемость клина и седла полностью исключена, что приводит к усложнению ремонта);

в закрытом положении возможны заедания клина в результате его износа, коррозии или под действием высокой температуры.

Исходя из вышеизложенных недостатков, более широкое применение имеет шиберная задвижка, которая является очень надежным видом запорной арматуры и имеет характерные особенности исполнения запорного элемента. Затвор в данных задвижках чаще всего имеет название «нож», «шибер» или «диск».

В шиберной задвижке применяется металлическая пластина, которая способна разрезать различные включения в жидкости, например песок, шлак и так далее. Из этого и вытекает назначение этого вида запорной арматуры: перекрытие потока рабочей среды, которая имеет повышенную вязкость, способность кристаллизоваться и характеризуется наличием твердых и абразивных частиц, которые по большей частью, являются активными химическими веществами.

Широкое применение этих изделий объясняется рядом преимуществ, среди которых:

отсутствие воздействия вредной рабочей среды на узел хода затвора, исходя из этого меньший износ уплотнительного материала, что в свою очередь приводит к более высокой надежности сальника и резьбовой пары;

существенно меньшие необходимые усилия прижатия шибера обеспечивают сохранение продольной устойчивости шпинделя и не требуют приводов с большим крутящим моментом для надежного уплотнения клина в затворе;

довольно свободный доступ для ремонта и технического обслуживания затвора;

наличие запорного элемента (ножа), выполненного из высококачественных сплавов, который при попадании в рабочую среду посторонних предметов (ремни, тряпки и т.д.), просто разрезает их и беспрепятственно обеспечивает отличную герметичность;

шиберная ножевая задвижка имеет гораздо меньшую строительную длину в сравнении с клиновой задвижкой, что позволяет существенно экономить место в техническом помещении, облегчает транспортировку, установку, а также дальнейшее обслуживание шибера.

На рис. 1 представлена классическая шиберная задвижка с рабочим движением вниз с запорным элементом в виде круглого диска. Видно, что при перекрытии потока зазор имеет верхнюю выпуклую и нижнюю вогнутую кривые. Затвор и его уплотнительные поверхности расположены в ней параллельно. С помощью такой конструкции осуществляется перекрытие потока рабочей среды, даже несмотря на присутствие в жидкости посторонних включений.

Конструкция шиберной задвижки предусматривает наличие седла, на котором имеется профилированное отверстие в которое входит нож. Поверхность составных частей задвижки защищается нанесенными на них сплавами с повышенными качествами стойкости.

Шток и шпиндель выполняют из легированной стали с защитой в виде поверхностного азотирования. Асбестографитовые кольца используются для набивки сальника. Крышка с корпусом соединяются бесфланцевым способом.

Рис. 1. Шиберная задвижка с опускаемым запорным элементом

в виде круглого диска

271

На рис. 2 представлена шиберная задвижка с ножом в виде пластины с отверстием. Здесь при перекрытии потока зазор имеет верхнюю и нижнюю вогнутые кривые.

Рис. 2. Задвижка шиберная с ножом в виде пластины с отверстием: 1 -шибер; 2 - пластина направляющая; 3 - седло; 4 - корпус;

5 - кольцо; 6 - шток; 7-уплотнения; 8 - маховик; 9-указатель; 10 - подшипники; 11 - крышка; 12 - масленка; 13 - кольцо

Очевидно, что представленные выше задвижки отличаются не только конструктивно, но и по условиям функционирования, а, следовательно, и расчета.

Помимо известных инженерных расчетов элементов корпуса задвижки и их соединений, представляется актуальным рассмотрение следующих вопросов рационального проектирования шибера:

известны различные формы запорного элемента [3]: в виде плоского торца, круглого диска, движущегося поступательно вниз или вверх, ножа с режущей поверхностью в виде выпукло - вогнутой кривой в виде полу-

272

волны синусоиды. При этом нет обоснования формы режущей поверхности и тем более ее оптимизации, что является одной из перспективных задач при проектировании шибера;

от задвижек требуется возможно быстрое перекрытие потока без разрушения самого трубопровода в результате гидравлического удара. Определение безопасной скорости опускания шпинделя позволит решить эту задачу;

известны конструкции приводов затворов трубопроводов, позволяющие осуществить двух скоростное опускание запорного элемента [4]. При этом существенно снижается перепад давления, что, в свою очередь, повышает безопасность трубопроводного транспорта. Представляется актуальным разработка новых механизмов управления задвижкой, обеспечивающих непрерывное снижение скорости опускания ножа по мере сужения прохода в трубопроводе.

Таким образом, рассмотрены особенности конструкции и определены актуальные задачи расчета шиберного затвора трубопроводной арматуры. Показано, что шиберный затвор обладает рядом преимуществ по сравнению с клиновым затвором, но при этом его расчет имеет ряд характерных особенностей. Рациональное решение выявленных задач может существенно повысить безопасность и эффективность трубопроводного транспорта.

Список литературы

1. Ефимова А.И., Панченко Е.В., Лопа И.В. Продольная устойчивость выдвижных шпинделей затворов трубопроводов с учетом поддерживающего влияния сальника. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 312 -318.

2. Ефимова А.И., Панченко Е.В., Лопа И.В. Продольная устойчивость выдвижных шпинделей затворов трубопроводов с учетом ступенчато изменяющейся их жесткости. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 306-312.

3. Лопа И.В., Ефимова А.И., Жукаев А.И. Гидравлический расчет трубопроводной арматуры. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 11. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 3-8.

4. Патент РФ на полезную модель 144208 МПК F16K 3/02 Шиберная задвижка / А.И. Ефимова, И.В. Лопа, Е.В. Панченко, К.А. Туркин. Опубл. 10.08.2014. Бюл. №22.

Жукаев Артём Иванович, асп., pmdmatsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лопа Игорь Васильевич, д-р техн. наук, проф., pmdm@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ефимова Анна Игоревна, канд. техн. наук, доц., pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DESIGN FEATURES AND CHALLENGES OF THE CALCULATION OF SLIDE GATE

VALVES

A.I. Zukaev, I. V. Lopa, A.I. Efimova

Considered design features and are determined by the actual task of calculating the slide gate valves. It is shown that the gate shutter has a number of advantages over the wedge-type stopper, but his calculation has a number of distinctive features. A rational solution to the identified problems can greatly increase the safety and efficiency ofpipeline transport.

Key words: calculation, valves, gate valve, pressure drop.

Zukaev Artem Ivanovich, postgraduete, pmdm@,tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lopa Igor Vasilevich, doctor of technical science, professor, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Efimova Anna Igorevna, candidate of technical science, docent, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University