ШАРОВОЙ ЗАТВОР ШАРОВОГО КРАНА

Полезная модель относится к шаровым затворам шаровых кранов, используемых в газовой, нефтяной, химической и других областях промышленности.
Известен шаровой затвор шарового крана, имеющий покрытие на сферической уплотнительной поверхности в виде слоистой структуры, у которой наружный защитный слой - слой оксида алюминия, а подслой - слой алюминия или алюминиевого сплава (Патент РФ №2192574, F 16 K 5/06, 2002 г.).
Недостатком такого покрытия является то, что при воздействии на рабочую поверхность шарового затвора крупных абразивных частиц происходит отслаивание покрытия, из-за возникающей на месте трещин и царапин подпленочной коррозии. Кроме того, отслоение покрытия возможно из-за ударных нагрузок на рабочую поверхность шарового затвора.
Известен шаровой затвор шарового крана, имеющий покрытие на сферической уплотнительной поверхности в виде напыленного слоя на основе легированной стали (Патент РФ №46065, F 16 K 5/06, 2005 г.).
При работе шарового затвора в особо агрессивной среде при попадании в зону уплотнения частиц высокой твердости, таких как гранитная крошка, кварцевый песок и т.д., данное покрытие подвержено абразивному износу. Поскольку покрытие обладает меньшей твердостью по сравнению с абразивными частицами, контакт с последними вызывает задиры покрытия, места образования которых подвержены коррозии.
Задачей заявленного решения является создание покрытия, обладающего высокой твердостью, корозийной стойкостью и высокой сцепляемостью с материалом, из которого выполнен затвор,
обеспечивающего надежную работу шарового крана в условиях особо агрессивных сред.
Технический результат достигается тем, что в шаровом затворе шарового крана, имеющем сферическую поверхность, выполненную с покрытием, покрытие включает в себя частицы карбида вольфрама и материал связки, выбранный из следующих материалов и сплавов: Со, Ni, CoCr, NiW, NiCrBSi, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 5 до 30 вес.%.
Выполнение покрытия в виде частиц карбида вольфрама, связанных между собой материалом связки, выбранным из следующих материалов и сплавов: Со, Ni, CoCr, NiW, NiCrBSi, обеспечивает создание слоя повышенной твердости, стойкого к абразивному истиранию даже в условиях особо агрессивных сред, а также корозионную стойкость покрытия. Вместе с тем, при работе крана в среде, содержащей особо агрессивные химические компоненты такие как, концентрированные кислоты или пары кислот, в качестве материала связки предпочтительно использование сплавов кобальта и никеля: CoCr, NiW, NiCrBSi, обеспечивающих покрытию большую коррозионную стойкость по сравнению с чистыми металлами: кобальтом и никелем, и тем самым продлевающих срок службы шарового затвора. Если таких компонентов не содержится, то в качестве связки используют металлы, являющиеся более дешевыми в сравнении со сплавами.
Выбор предела процентного содержания материала связки в сплаве обусловлен требованием к заданным значениям твердости и плотности покрытия и может варьироваться от 5 до 30 вес%. Уменьшение содержания материала связки в покрытии до значений менее 5%, (при 5 вес% твердость составляет 70-72 HRC) наряду с увеличивающейся твердостью покрытие становится очень хрупким, что в условиях нагружения поверхности шарового затвора может привести к его разрушению. Вместе с тем, при содержании материала связки в покрытии свыше 30 вес% твердость
покрытия начинает резко падать и составляет менее 60 HRC (при содержании связки в количестве 30 вес% - твердость составляет 60-62HRC), и смысл использования в покрытии карбидной упрочняющей фазы теряется.
Шаровой затвор шарового крана имеет на своей сферической уплотнительной поверхности покрытие, в виде слоя твердого износостойкого материала, представляющее собой нанесенный на поверхность методом высокоскоростного газопламенного напыления порошок, каждая из частиц которого включает в себя частицы карбида вольфрама, диспергированные в материале связки, выбранным из следующей группы металлов и их сплавов: Со, Ni, CoCr, NiW, NiCrBSi.
Покрытие наносится на поверхность методом высокоскоростного газопламенного напыления, что обеспечивает высокие адгезионные характеристики и плотность покрытия.
Шаровой затвор в составе шарового крана может длительное время работать в условиях особо агрессивной среды, поскольку защитный слой, нанесенный на сферическую уплотнительную поверхность, обладая требуемым уровнем прочностных и коррозионных свойств, препятствует разрушению этой поверхности.
В таблицы приведены сведения о ресурсе работы шарового крана, имеющего на своей поверхности покрытие из числа вышеприведенных, 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.
Материал связки в покрытии
% содержание связки в покрытии
Твердость HRC
Адгезия
Пористость покрытия
Ресурс крана, в колич.циклов
Среда 1
Среда 2
Со
51530
68-7264-6860-64
>8 кг/мм<sup>2</sup>
<0,3%
Не менее 4000
Не менее 2000
Ni
51530
68-7264-6860-64
>8 кг/мм<sup>2</sup>
<0,3%
Не менее 4000
Не менее 2000
СоСr
51530
68-7264-6860-64
>8 кг/мм<sup>2</sup>
<0,3%
Не менее 4500
Не менее 4000
NiW
51530
68-7264-6860-64
>8 кг/мм<sup>2</sup>
<0,3%
Не менее 4500
Не менее 4000
NiCrBSi
51530
68-7064-6860-64
>8 кг/мм<sup>2</sup>
<0,3%
Не менее 4700
Не менее 4500
Из таблицы видно, что при использовании в качестве материала связки в покрытии любого из представленных металлов или сплавов даже в условиях работы в особо агрессивных средах во много раз увеличивается ресурс работы шарового крана по сравнению с кранами, покрытыми, например, легированной сталью, ресурс которых составляет около 1000 циклов.
Полезная модель позволяет повысить гарантированный ресурс эксплуатации шаровых кранов.