Клинкетные задвижки, захлопки и поворотные затворы

Лекция 15. Материалы и параметры трубопроводов. Типы путевых соединений. Запорная арматура.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫСУДОВЫХ СИСТЕМ

Отдельные части судовой системы обобщенно называют конст­руктивными элементами. По назначению их разделяют на сле­дующие группы: трубы, путевые соединения, запорно-регулирующая арматура, приводы арматуры, механизмы, аппараты, емкости и контрольно-измерительные приборы (КИП).

Трубопровод состоит из труб, свариваемых или соединяемых с помощью фланцев, муфт, штуцеров и дюритов, а также так называемых фасонных частей: колен, тройников, стаканов и др.

Запорно-регулирующая арматура предназначена для разоб­щения отдельных участков трубопроводов и регулирования рас­хода и давления среды, протекающей по трубопроводу. К ней относятся клапаны, краны, задвижки, захлопки, заслонки и по­воротные затворы.

Открытие и закрытие запорной арматуры производится пос­редством механизмов и устройств, называемых приводами ар­матуры. Арматура может иметь ручной, дистанционный или ав­томатизированный привод. В качестве механизмов в судовых системах используют насосы, вентиляторы и компрессоры. Их приводом служит, как правило, электродвигатель. С помощью насосов осуществляется перекачивание по трубопроводам воды, нефтепродуктов, масла и прочих жидкостей и смесей. Наиболее широко применяются центробежные, осевые, поршневые, ше­стеренные, винтовые и струйные насосы. Помимо насосов среда может перемещаться по трубопроводам под действием давления сжатого воздуха в пневмоцистернах.

Вентиляторы предназначены для перемещения по трубопро­водам воздуха или циркуляции его в помещениях. Применяются вентиляторы центробежного и осевого типов.

С помощью компрессоров обеспечивается сжатие газов до заданного давления. В системах применяются компрессоры с электрическим и дизельным приводами.

К аппаратам относятся теплообменники, опреснители, сепа­раторы, минерализаторы.

В емкостях (цистернах, баллонах) хранят жидкости и газы.

Контрольно-измерительные приборы предназначены для изме­рения и контроля состава, расхода и параметров среды, а также уровня жидкости в отсеках и емкостях.

ТРУБОПРОВОДЫ

Трубы

Трубы характеризуются материалом, из которого они изготовле­ны, диаметром и толщиной стенки. В судовых системах приме­няют в основном стальные, медные, алюминиевые, магниевые, титановые и пластмассовые трубы. В трубопроводах, предназна­ченных для перекачивания морской и пресной воды, применя­ются обычно стальные оцинкованные и футерованные (покры­тые изнутри бакелитовым лаком или полиэтиленом), медные и винипластовые трубы. Для водяного пара используют сталь­ные и медные трубы, а для сжатого воздуха — легированные стальные или биметаллические (футерованные изнутри слоем меди). Вентиляционные трубопроводы изготовляют из стальных или алюминиево-магниевых труб. В судовых системах применя­ют трубопроводы круглого и прямоугольного сечения. Последние целесообразны для систем вентиляции и кондиционирования, имеющих трубопроводы большого сечения.

Материалы для труб выбирают в зависимости от проводимой среды, ее давления и температуры, а также от параметров окру­жающей среды. Размеры и марки материалов труб регламенти­рованы ГОСТом.

Металлургическими заводами трубы поставляются стандарт­ных диаметров, толщин стенок и длин. В судостроении введены отраслевые стандарты, предусматривающие использование более ограниченного числа диаметров труб и арматуры, что упрощает производство и технологию монтажа судовых трубопроводов. Для каждого наружного диаметра трубы согласно ГОСТу преду­сматривается несколько толщин стенок. Поэтому трубы одного наружного диаметра могут иметь разные внутренние диаметры.

Для упрощения подбора труб и соответствующей арматуры введено понятие «условный проход». За условный проход для труб одного и того же наружного диаметра, но с разной толщи­ной стенок принимается один условный внутренний диаметр. Обычно это бывает труба со средним внутренним диаметром. Та­ким образом, другие трубы фактически будут иметь внутренний диаметр меньше или больше данного условного диаметра. Для арматуры внутренний диаметр равен ее условному проходу.

В монтажных схемах судовых трубопроводов, чертежах ар­матуры и в ГОСТах на трубы и арматуру применяются обозна­чения: D_у— условный проход и р_у - условное давление.

В судостроении применяют трубы и арматуру следующих ус­ловных проходов, выраженных в миллиметрах: 3, 6, 10,15,20,25, 32, 40, 50, 70, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500. Тол­щина стенки трубы выбирается в зависимости от давления жидкости или газа, протекающего по трубопроводу, с учетом из­носа от коррозии.

Под условным давлением р_у понимают наиболее допустимое рабочее давление, на которое рассчитана труба или арматура, для принятого значения температуры проводимой среды. Фактическое давление проводимой среды в трубопроводах называют рабочим и обозначают р_р. По условному давлению выбирают допустимое рабочее давление проводимой среды данной температуры для трубопровода или арматуры. Условные давления ограничены ГОСТ 356-68 и выражаются в Паскалях. Для стальных труб и арматуры условное давление соответствует допустимому рабо­чему давлению при температуре среды до 200 °С, а для медных, бронзовых и латунных — допустимому рабочему давлению при температуре до 129°С. Если необходимо использовать проводи­мую среду с более высокой температурой, то следует подобрать трубу или арматуру с большим значением р_у.

Изготовленные трубы подвергают испытанию на прочность пробным давлением. Пробное давление принимается в 1,25-2 раза больше условного давления. Испытание производится водой или маслом. Газы (в том числе воздух) вследствие их сжимае­мости не применяются, так как в процессе испытания потеря герметичности или разрыв трубопровода могут привести к тяже­лым травмам находящихся вблизи людей. Давление жидкости, которой испытывают трубопровод, называют пробным и обозна­чают р_п.

Путевые соединения

Соединения труб бывают неразъемные и разъемные. Неразъем­ные соединения получаются посредством сварки или пайки, разъ­емные - с помощью фланцев, муфт, штуцеров и дюритов. При­меняют и специальные быстросмыкаемые соединения. Большин­ство соединений в трубопроводах разъемные, что позволяет упрощать и ускорять монтаж и ремонт их на судне. Из подоб­ных соединений наиболее распространено фланцевое (рис. 1). Фланцы между собой соединяются с помощью болтов и гаек.

Фланцы могут привариваться к трубе или быть свободно сидя­щими. Использование свободных фланцев значительно упрощает монтаж трубопроводов, так как их можно поворачивать и тем са­мым облегчать установку крепежных болтов. Плотность соедине­ния обеспечивается обжатием устанавливаемой между фланцами прокладки (резиновой, паронитовой, винипластовой, медной, стальной). Материал прокладки выбирают в зависимости от агрессивности проводимой среды, ее температуры и давления.

Для более плотного соединения фланцев в трубопроводах повышенного давления на одном из свариваемых фланцев делают концентрические канавки, а на другом - соответственно выступы. Фланцы к трубам обычно приваривают, но когда необходимо облегчить монтаж трубопроводов, применяют свободно сидящие фланцы.

Муфтовое соединение (рис. 2) получается с помощью сталь­ной муфты 3, навинчиваемой на концы соединяемых труб.

Контргайка 2 предотвращает произвольное отвинчивание муфты. Для уплотнения по резьбе труб наматывают паклю пропитан­ную железным суриком. Муфтовое соединение-наиболее про­стое из разъемных соединений, но пригодно для давления не более 1 МПа (10 кгс/см2).

В штуцерном соединении (рис. 3) герметичность обеспечива­ется прокладкой 3, поджимаемой при навинчивании гайки 4 на штуцер 5. Прокладки применяют медные, паронитовые и винипластовые. Детали штуцерного соединения изготовляют из стали или латуни. Штуцерные соединения обеспечивают герметичность при высоких давлениях [до 20—30 МПа (200—300 кгс/см2)]. Они компактны и удобны при монтаже трубопроводов и приме­нимы для сжатого воздуха, масла и воды в трубопроводах с проходами до D_у 32.

Соединение труб с помощью резиновой муфты, обжимаемой стяжными хомутиками, называют дюритовым соединением (рис. 4). Для обеспечения плотности соединения на концах со­единяемых труб развальцовывают выступы (зиги). Дюритовые соединения обладают высокой вибростойкостью и удобны при монтаже трубопроводов. Однако по сроку эксплуатации они зна­чительно уступают металлическим соединениям трубопроводов, так как резиновая муфта разрушается быстрее. Кроме того, их применение ограничивается требованиями пожарной безопасно­сти. В частности, не допускается использование этих соединений в противопожарных системах. Дюритовые соединения применя­ются для масла, воды и сжатого воздуха в трубопроводах с про­ходом до D_у 80 и давлением среды до р_у 10 (1 МПа).

Шланги соединяются с помощью так называемого быстро-смыкаемого соединения. Одно из соединений такого типа пока­зано на рис. 5. С одной стороны патрубка 1 свободно сидит гай­ка 2 с фигурными выступами (цапками 3), а с другой его сто­роны прикреплен шланг. Шланги соединяют вручную путем стыкования двух патрубков, в результате чего резиновые про­кладки 4 поджимаются, а при последующем повороте одной гайки относительно другой на 30—40° их цапки сцепляются. Подобные соединения применяют в пожарных шлангах.

Прокладку трубопроводов через переборки или палубы про­изводят с помощью переборочных и палубных стаканов (рис. 6), в результате чего облегчается и ускоряется монтаж и демонтаж трубопроводов. Стакан присоединяют к переборке переборочным фланцем 3. Фланец либо приваривают к переборке, либо присо­единяют с помощью шпилек к приварышу (рис. 7,а), предвари­тельно приваренному к переборке. С помощью приварышей так­же присоединяют трубы к цистернам. Соединение труб со ста­каном может быть фланцевое или штуцерное. Для соединения труб, расположенных под углом, применяют колена, тройники и четверники (рис. 8), называемые фасонными частями.

Для предотвращения потери герметичности в соединениях трубопровода вследствие его удлинения или укорочения от повы­шения или понижения температуры, а также от изгиба корпуса судна применяют компенсаторы. Компенсаторы бывают простые, лирообразные, сальниковые, линзовые, сильфонные и других ти­пов. Лирообразные компенсаторы применяют в паропроводах, а все прочие типы компенсаторов — в водопроводах, нефтепро­водах и маслопроводах. На танкерах в нефтепроводах больших диаметров (Dy400 — Dy600) используют малогабаритные силь­фонные компенсаторы. Компенсаторы, применяемые в судовых системах, показаны на рис. 9. Уплотнение в сальниковом компен­саторе обеспечивается набивкой 4. Сальниковые компенсаторы по сравнению с лирообразными конструктивно более сложны. но зато менее громоздки. Роль компенсаторов могут выполнять также специально предусматриваемые погибы трубопроводов. На судне трубопроводы крепят к переборкам и подволоке с помощью подвесок, а особо тяжелые устанавливают на жесткие опоры. Подвески и опоры устраняют провисание и вибрацию тру­бопроводов. Подвески для крепления труб унифицированы. С помощью подвесок трубы крепят также и к теплоизолированным корпусным конструкциям судна. Для плотного прилегания трубы к подвеске между ними устанавливают прокладки из паронита или резины. Материал прокладки выбирают в зависимости от назначения трубопровода и температуры рабочей среды в нем.

ЗАПОРНАЯ И РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА

Краны и клапаны

Трубопровод перекрывают с помощью кранов и клапанов, раз­общая отдельные его участки или целиком от забортной воды и различных емкостей. Посредством кранов и клапанов можно также изменять расход жидкости или газа, протекающих по тру­бопроводу.

Отличительной деталью крана, показанного на рис. 10, явля­ется конусообразная пробка, имеющая одну или несколько по­перечных сквозных прорезей. При повороте рукоятки 3 пробки 7 до совмещения с полостью корпуса 1 от­крывается проход для среды. Для пред­отвращения протечек среды между проб­кой и корпусом крана пробку притирают к корпусу крана. Герметизация места выхода пробки из корпуса обеспечивает­ся сальниковой набивкой 5, которая под­жимается втулкой 4 при завинчивании гайки 2.

В зависимости от устройства краны бывают проходные, трехходовые и краны-манипуляторы (рис. 11). Трехходовые краны могут иметь L- или Т-образную прорезь в пробке. В табл. 2 схематично показаны краны различных типов и воз­можные варианты переключения трубо­проводов. Проходной кран сообщает или разобщает две трубы. Трехходовой кран L сообщает среднюю трубу с лю­бой из двух крайних труб, а трехходовой кран Т сообщает между собой все три присоединяемые трубы. Манипулятор сообщает между собой в различных вариантах присоединяемые к нему четыре трубопровода, но не может перекрывать их. Трехходовые краны и манипуляторы позволяют быстро произ­водить переключения трубопроводов и сокращают количество устанавливаемой в системе разобщительной арматуры. Краны изготовляют из бронзы, латуни, чугуна и стали. По способу при­соединения к трубам их подразделяют на фланцевые, муфтовые, штуцерные и цапковые. Основное достоинство крана — просто­та устройства и быстродействие (открытие крана занимает до­ли секунды). Недостаток — трудоемкость притирки пробки. В связи с этим их использование при высоких давлениях и боль­ших диаметрах труб ограничено (применяются до р_у 10 и D_у 80).

Характерной деталью клапана является его запорный ор­ган— тарелка. По устройству клапаны подразделяют на за­порные, невозвратные, невозвратно-запорные и невозвратно-уп­равляемые. По конструкции клапаны бывают проходные и угло­вые. Проходные клапаны устанавливают на прямых участках трубопроводов, а угловые —при соединении труб под прямым углом. Клапаны изготовляют из стали, титана, бронзы и ла­туни.

В запорном клапане (рис. 12) тарелка 8 соединена со што­ком 3 так, что может поворачиваться относительно него. Кольце­вой выступ внутри корпуса 1, с которым соприкасается тарелка, называется седлом. Уплотнение достигается притиркой тарелки к седлу. В некоторых клапанах для более надежного уплотне­ния тарелка имеет резиновое кольцо. Шпиндель 4 удерживает­ся в крышке 2 резьбой. Для предотвращения протечки жидкости из клапана наружу шток 3 уплотняют сальниковой набивкой 7.

При вращении маховика 5 по часовой стрелке шток с тарелкой перемещается вниз, а при обратном вращении — вверх.

Степень открытия или закрытия клапана определяют по ука­зателю на штоке и рискам на крышке клапана с буквами «3» и «О», что означает «закрыто» и «открыто». Промежуточное по­ложение тарелки фиксируется указателем между рисками «О» и «3». Через запорный клапан жидкость может протекать в обо­их направлениях: под та­релку или над тарелкой. В процессе эксплуатации сальниковое уплотнение ослабляется и через него может происходить протеч­ка жидкости, поэтому необ­ходимо периодически подтя­гивать уплотнение с по­мощью втулки 6. Более на­дежно сильфонное уплотнение, но оно конструктивно значительно сложнее сальникового и к тому же увеличивает высоту клапана.

В невозвратном клапане (рис. 13) в отличие от запорного нет штока и маховика. Открывается он автоматически: потоком жидкости тарелка 5 поднимается вверх и удерживается в таком положении. По прекращении движения жидкости тарелка под действием собственной массы опускается на седло. В некоторых клапанах тарелка, кроме того, может прижиматься к седлу спе­циально установленной пружиной. Жидкость протекает в кла­пане в одном направлении — под тарелку.

Невозвратный клапан прост по устройству, но может надеж­но работать только в горизонтальном положении (допустим на­клон не более 15°).

Невозвратно-запорный клапан (рис. 14) по конструкции по­добен запорному с той лишь разницей, что в нем шток 4 не соединен с тарелкой 8, а своим нижним концом входит в гнездо тарелки. Поэтому при перемещении штока вверх тарелка оста­ется на месте. Поднимается она вверх, как и в невозвратном клапане, давлением потока жидкости. В конструкции этого кла­пана сочетаются особенности запорного и невозвратного клапа­нов. Так, во время перекачивания жидкости по трубопроводу тарелку можно посредством маховика и штока принудительно опустить на седло, т. е. закрыть клапан.

Невозвратно-управляемый клапан (рис. 15) незначительно отличается по конструкции от невозвратно-запорного. Тарелка 10 соединена со штоком 3 посредством шайбы 8, насаженной на конец штока, и втулки 6. Благодаря этому при перемещении штока вверх тарелка начинает совместное с ним движение пос­ле подхода шайбы 8 к втулке 6. При поднятом штоке тарелка может иметь небольшой ход вверх (относительно штока) под действием потока жидкости. Если шток 3 находится в верхнем положении, то жидкость может перетекать через клапан в обо­их направлениях, а если в среднем положении, то перетекание возможно только в направлении под тарелку.

Кроме клапанов применяют клапанные коробки (рис. 16), состоящие из нескольких клапанов, объединенных общим корпусом В зависимости от числа клапанов коробки называют трех-, четырех- и пятиклапанными. Клапанные коробки, как и клапаны, бывают запорного и невозвратно-запорного типов.

Применение клапанных коробок облегчает монтаж трубопрово­дов и обслуживание судовых систем.

Клинкетные задвижки, захлопки и поворотные затворы

Клинкетные задвижки (рис. 17), или клинкеты, получили свое название от клиновидной формы запорного органа. В отличие от клапана в клинкете шпиндель 4 не имеет поступательного движения, а только может поворачиваться рукояткой 9. При этом ходовая гайка 3. как бы навинчиваясь на шпиндель, будет двигаться по нему вверх или вниз, перемещая за собой клин 2. В результате клинкет будет открываться или закрываться.

По сравнению с клапанами больших проходов клинкеты со­здают минимальные гидравлические сопротивления потоку сре­ды и несколько проще по конструкции. Однако они создают не­достаточную плотность перекрытия трубопровода клином при давлении среды более 2,5 МПа (25 кгс/см²). Клинкеты целесо­образно применять в воздухопроводах и нефтепроводах боль­ших диаметров (D_y 300 — D_y 800). В захлопке, показанной на рис. 18, запорный орган — тарелка 5 может поворачиваться на оси 4. Для плотности закрытия тарелка имеет резиновую про­кладку 6. Обычные захлопки открываются давлением потока жидкости под тарелку 5, а закрываются при прекращении его под действием собственной массы тарелки. Таким образом, они являются невозвратными, пропускающими поток только в одном направлении. Захлопки более сложной конструкции управляются дистанционно. Захлопки применяют в системах, которые отводят за борт различные жидкости. Поворотный затвор в отличие от запорного клапана имеет в качестве запорного органа не поднимаемую тарелку, а поворачиваемый на оси круглый диск — заслонку. Поворотный затвор может управляться вручную с помощью маховика или дистанционно посредством гидро-, пневмо- или электропривода. На рис. 19 показано устройство поворотного затвора большого условного прохода, имеющего гидропривод и ручное управление. Затвор состоит из корпуса 5, оси 3 с насаженной на нее заслонкой 4 и гидропривода 1. Ось 3 соединена промежуточным звеном с приводом. Для настройки и регулировки поворотного затвора имеется маховик 2. В закрытом положении затвора заслонка перекрывает его проходное сечение. В открытом положении она повернута на 90° и проводимая среда обтекает заслонку. Поворотные затворы отличаются простым устройством, компактностью и удобством управления. Однако они не могут обеспечить герметичность при давлении проводимой среды свыше 0,5 МПа (5кгс/см²). Поворотные затворы применяют на танкерах в грузовых, газоотводных системах и системах инертных газов. Особенно значительно их пре­имущество при использовании в трубопроводах больших диаметров (D_y 400 —D_y 1000).