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, F16К 5/06, 2002 г.).
Недостатком такого покрытия является то, что при воздействии на рабочую поверхность шарового затвора крупных абразивных частиц происходит повреждение и дальнейшее 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, F16К 5/06, 2005 г.).
Известен шаровой затвор шарового крана, имеющий покрытие на сферической уплотнительной поверхности на основе карбидов металлов (Патент РФ №46065, F16К 5/06, 2006 г.).
Недостатком таких покрытии является высокие коэффициенты трения легированной стали и карбида, что затрудняет работу приводов при открытии и закрытии шарового крана и делает невозможным применение данных покрытий для кранов проходным сечением более 500 мм из-за усилий, необходимых для открытия и закрытия.
Задачей заявленного решения является создание покрытия, обладающего высокой твердостью, коррозионной стойкостью и при этом низким коэффициентом трения, обеспечивающего надежную работу шаровых кранов, в том числе большого диаметра в условиях агрессивных сред.
Задача решается тем, что в шаровом затворе шарового крана, имеющем покрытие на сферической уплотнительной поверхности, это покрытие выполнено в виде напиленного методом газотермического напыления 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, 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, 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.
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 окислов, включающих окислы алюминия и/или титана, обеспечивает низкий коэффициент трения (Таблица 1, Протокол испытаний от 01.10.2009). На чертеже показан продольный разрез шарового крана с шаровым затвором с нанесенным покрытием.
В таблице 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.
Таблица 1
Материал покрытия
Количество наноразмерных включений, вес.%
Твердость, HRC
Ресурс крана, 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 4700
Не менее 4000
1
68-71
3
69-72
WC-CoCr
TiO<sub>2</sub>
0.5
69-72
Не менее 450
Не менее 4000
Сr<sub>3</sub>С<sub>2</sub>-NiCr
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1
68-70
СrзСз-NiCr
TiO<sub>2</sub>
3
68-69
0.5
63-65
Не менее 4500
Не менее 2000
1
63-64
3
61-64
0.5
62-65
Не менее 4000
Не менее 2000
1
62-63
3
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 обеспечить надежную работу шаровых кранов, в том числе большого диаметра, в течение гарантированного ресурса.