что такое седло в кране
Ремонт и обслуживание смесителей
Как отшлифовать седло крана или смесителя в домашних условиях
Седло вентильного смесителя находится под кран-буксой. Седлом скорее всего называется потому что на него при закручивании вентиля плотно садится резиновая прокладка запорного клапана. Чтобы увидеть седло нужно сначала выкрутить кран-буксу. На фотографиях седло условно показано красным цветом.
От того, насколько ровная и гладкая поверхность седла, зависит качество и срок работы резиновой прокладки, кран-буксы и смесителя в целом. В хороших смесителях поверхность седла тщательно фрезеруется на заводе. В старых советских смесителях и современных китайских и турецких поверхность седла может быть выфрезерована не очень тщательно. На поверхности могут быть заусеницы металла, глубокие царапины, неровности. В таких случаях, чтобы полностью перекрыть воду, нужно сильнее закручивать вентиль, что приводит к быстрому износу прокладки, ее приходится часто менять, да и слизать шлицы на ручке (маховике) тоже несложно за очень короткое время.
Чтобы этого не случилось, желательно перед установкой смесителя проверить состояние седел, то же следует сделать, если в смесителе часто выходят из строя прокладки. В особо тяжелых случаях, когда корпус смесителя или крана настолько некачественный, что поверхность седла имеет раковины, трещины и сколы, смеситель нужно полностью менять, но чаще достаточно немного вышлифовать седло и смеситель будет работать хорошо и долго. Сделать это можно следующими способами:
1. Точильными (шлифовальными) камнями для дрели.
Такие камни в виде насадок для дрели продаются почти во всех строительных магазинах в наборах, иногда шлифнасадку необходимого диаметра можно купить отдельно. Главное при шлифовке седла таким способом ровно держать дрель и не смешить, чтоб не получился перекос. Такой способ хорош для устранения крупных неровностей. Для получения гладкой поверхности седло все равно придется шлифовать мелкой наждачной бумагой с номером от 100 до 500.
2. Поворотным штоком от старой кран-буксы.
Если в доме есть старая кранбукса к которой прикручивается запорный клапан, то прикрутив вместо резиновой прокладки мелкую шлифовальную бумагу, можно сделать шлифовальную насадку для дрели. Впрочем, шлифовать можно и вручную, если дрели в доме нет, результат будет такой же, только времени уйдет больше.
3. Гвоздем с широкой гладкой шляпкой.
На ровный гвоздь с широкой гладкой шляпкой (или любой другой предмет, похожий на гвоздь по форме и размерам) можно наклеить или привязать тонкой медной проволокой мелкую шлифовальную бумагу или шкурку. После этого гвоздь можно вставлять в дрель или шлифовать вручную.
После вышлифовки седла следует удалить металлические опилки (можно пылесосом, можно просто закрыть глаза и сильно дунуть), собрать смеситель или кран и проверить качество работы смесителя или крана. При необходимости вышлифовать седла еще раз.
Что такое седло в кране
Деревянные перегородки в дачном строительстве
Если не держит седло.
Современные смесители обычно делаются составными, что намного облегчает их ремонт. Так, боковины смесителя на краске ввертываются в отверстия корпуса, и их можно менять при порче седел — наиболее часто выходящих из строя деталей смесителя. Ведь при «проедании» седел водой, когда в них возникает радиальная канавка, даже спецы-сантехники единственный выход видят в замене смесителя или его боковины. Поэтому не допускайте длительного подтекания воды из излива смесителя.
Из-за чего возникает канавка в седле? Основная причина — длительная течь из-за неплотно закрытой вентильной головки (головки крана) или из-за повреждения резиновой прокладки клапана.
Конечно, течь из излива не всегда признак разрушения седла, ведь вода подтекает и при повреждении прокладки клапана. Для выяснения причины течи поступим так, как обычно поступают в подобных случаях. Сначала перекроем вентиль, стоящий перед смесителем (по температуре капающей из излива воды легко определить, какой вентиль закрывать), а затем, немного вывентив маховик, выкрутим головку из соответствующей боковины. Для проверки седла просунем в освободившееся резьбовое отверстие боковины отвертку, чтобы ее жало расположилось по радиусу отверстия, и проведем жалом по седлу. Имеющаяся канавка сразу даст о себе знать. Если она «молодая» и ее глубина не более 0,3 мм, то есть временный выход. Той же отверткой соскребите острые края канавки. В клапан вставьте прокладку из нетвердой резины толщиной 4—6 мм. Установите головку на место. Теперь, чтобы не было течи, придется более туго заворачивать маховик. Учтите, что чаще всего терпит бедствие седло боковины, пропускающее горячую воду.
Можно ли починить смеситель с поврежденным седлом? Конечно, можно, причем несколькими способами.
Первый способ — замена боковины. Ее снимают со старого переведенного «про запас» смесителя, для чего среднюю часть смесителя зажимают в тисках и выворачивают боковину, аккуратно взявшись зевом ключа за торцы резьбовых отверстий. Ремонтируемый смеситель отсоединяют от труб, и таким же образом выкручивают дефектную боковину с поврежденным седлом. При установке боковины ее закручиваемую часть предварительно смазывают суриковой замазкой или отстоем суриковой краски. При отсутствии последних используйте любую масляную краску, взяв ее отстой. Следите, чтобы краска не попала во внутренние сверления боковины и центральной части смесителя. После заворачивания боковину необходимо довернуть (или отвернуть), чтобы ее торец под накидную гайку был в одной плоскости с соответствующим торцом второй боковины. Кроме того, обязательно выдержите межцентровое расстояние между боковинами (150±2 мм). Пока не подсохнет краска, лучше смесителем не пользоваться. При отсутствии такой возможности для гарантии подмотайте немного льна в конце заворачивания.
Второй способ ремонта седла заключается в создании нового седла над старым путем запрессовки в последнее втулки, вытаченной на токарном станке из латуни (рис. 3, а). Толщина стенки удлиненной цилиндрической части втулки должна быть в пределах 1 —1,5 мм, ибо отверстие, куда
запрессовывается втулка, слишком мало. Что же тогда останется для прохода воды при более толстых стенках? Толщина «шляпы» втулки не менее 1 — 1,5 мм. Причем при увеличении этой толщины можно будет использовать вентильные головки со штоками, у которых первые нитки резьбы стерлись.
Возможен и третий способ ремонта седла, который заключается в строгании вершины седла до тех пор, пока не будет выведена канавка и на месте округлой вершины седла не останется ровное кольцо. Иногда канавка слишком глубока, и приходится сострагивать седло полностью. В этом случае прокладка клапана при завертывании маховика вместо кольцевого выступа упирается в плоскость с отверстием посередине.
Строгать удобнее всего торцовой фрезой с диаметром цилиндрической части на 2—4 мм меньшем, чем диаметр резьбы для вкручивания головки. Острые кромки на образующей торцовой фрезы замотайте матерчатой изолентой, чтобы они не повредили резьбы боковины. В хвостовике торцовой фрезы имеется резьбовое отверстие. Им следует воспользоваться для оснащения фрезы рукояткой. Простую рукоятку легко изготовить из болта, резьба которого соответствует резьбе в хвостовике фрезы. К головке болта следует приварить поперечину. Правда, такая рукоятка не очень удобна, так как при работе слишком будет давить на ладонь. Гораздо лучше в качестве рукоятки подойдет толстая округлая рифленая шайба. Такую шайбу или найдите, или специально выточите на токарном станке. Кстати, при наличии токарного станка вместо болта выточите стержень, на концах которого нарежьте резьбу. Одну — соответствующую резьбе хвостовика фрезы, вторую — резьбе, которую нарежете в центре шайбы. Резьба стержня не должна выступать из шайбы, гайка при этом не нужна, ибо строгание седла производится по часовой стрелке, то есть шайба все время как бы накручивается на стержень. Чтобы шайба не болталась, можно после ее крепления расклепать конец стержня. А лучше всего найти готовую рукоятку.
Для ремонта седла перекройте воду вентилем, выкрутите головку. Вложив фрезу в отверстие, нажимаем на нее ладонью и вращаем по часовой стрелке, равномерно соскребая круговой слой с вершины седла. Продолжаем скоблить до тех пор, пока канавка не исчезнет.
Ремонт боковины с поврежденным седлом: а — ремонтная втулка над старым седлом (1 — втулка; 2 — седло); бив — инструмент (фреза и специальное сверло) для сострагивания верхушки седла (1 — хвостовик; 2 — центрирующая часть; 3 — скребок; 4 — направляющая часть)
Если глубина канавки велика, то для облегчения работы можно воспользоваться электродрелью и спецсверлом, конструкция которого приведена на рис. Такое сверло не продается в магазинах. Заготовку его сначала вытачивают на токарном станке, затем придают необходимую форму напильником и закаливают. Размеры спецсверла не приводятся, ибо они определяются конкретными условиями.
Особые меры предосторожности необходимы при использовании электродрели для «сверловки» седла без отсоединения смесителя от труб. Дрель должна быть с двойной изоляцией, руки — в резиновых специальных перчатках для электриков и т. д. Если не известно, какая изоляция у дрели, лучше ее корпус заземлить.
Последовательность выведения канавки на седле такова: сначала вставляете сверло направляющей частью в отверстие седла, а затем хвостовик сверла закрепляете в патроне дрели.
В процессе длительной эксплуатации под действием протекающей воды верхняя часть седла из овальной превращается в заостренную. А такая форма седла способствует появлению в нем канавок, да и прокладки в этом случае чаще выходят из строя. Поэтому не забывайте время от времени убирать подобное заострение с помощью отвертки. Опустите жало отвертки на вершину седла и расположите его по радиусу отверстия в седле. Теперь круговыми движениями соскребывайте равномерно с вершины седла заострение. Чем больше затупите вершину, тем дольше будет служить каждая прокладка в клапане.
Свои Полезные советы и предложения присылайте к нам
Обсудите свои проблемы у нас на Форуме
Функциональность и технологии уплотнений кранов шаровых с плавающим шаром
Ключевая особенность работы крана шарового – это конструкция уплотнения, вне зависимости от материала седел – будь то металлические, пластиковые или другие исполнения. Другая важная особенность характеристик крана – это уплотнение штока. Типичный шаровый кран с плавающим шаром перекрывает давление в трубопроводе, используя мягкие седла, такие как PTFE (политетрафторэтилен или тефлон) и TFM (химически модифицированный PTFE, более известный как TFM 1600). У TFM есть небольшое преимущество перед PTFE в температуре и давлении при эксплуатации. Оба материала известны своими стойкими к температуре и давлению характеристиками, что делает их идеальным выбором в качестве материала седла. Однако, они не обладают хорошей упругостью: в случае сжатия или деформирования такой материал не вернется в свою изначальную форму.
Как работает кран шаровый с плавающим шаром.
В таких кранах в закрытом состоянии давление приходится не только на часть шара встречающую поток, но также и на заднюю часть седла, расположенного с другой стороны от потока. Таким образом, под давлением потока шар и передняя часть седла смещаются по направлению потока к задней части седла на выходе (Рисунок 1). Это давление приводит к упругой (эластичной) и неупругой (пластичной) деформации седла на выходе. Крайне высокий натиск пластичной деформации приводит к ограничениям в работе седел арматуры.
Рисунок 1. Давление действует на шар и седло по направлению потока и на заднюю часть седла на выходе.
Упругая деформация предусмотрена конструкцией седла и подразумевает временное изменение свойств седла. С помощью входящей энергии оно изменяет свою форму для обеспечения лучших уплотнительных свойств при воздействии скачков давления и температуры.
Неупругая деформация подразумевает под собой окончательное изменение формы седла (так называемая «холодная текучесть») из-за компрессии, крайне высоких температур. Опять же, это накладывает ограничения на конструкцию седла и выбор материалов.
Технология уплотнения
Существует 2 разных типа технологий уплотнения, которые используются в шаровых кранах с плавающим шаром: сдавливаемые седла и упругие седла, которые также иногда называются активными седлами.
Во многих ранее спроектированных кранах, как и в некоторых используемых сегодня, используется сдавливаемый тип седел. Этот тип уплотнения был создан за счет избыточного материала седла в конструкции, который «вдавливает» шар в седло во время сборки крана, что приводит к тому, что седло подвергается компрессией шаром и внутренней поверхностью крана (Рисунок 2). Компрессия, или предустановка седла, необходима для плотного прилегания. Это обеспечивает уплотнение в условиях эксплуатации с небольшим уровнем давления, а если оно усиливается, то шар начинает сдавливать седло на выходе, что дает еще лучшее уплотнение.
Рисунок 2. Сдавливаемое седло до и после предустановки.
Также, при подобной конструкции, на седло уже подействовала неупругая деформация во время компрессии. Если давление будет значительно увеличено, оно приведет к еще большей неупругой деформации седла, так как шар будет давить на седло на выходе с большей силой. Это не является проблемой до тех пор, пока давление держится на высоком уровне. Если оно уменьшится, то, скорее всего, в кране образуется протечка, потому что седло не вернется в свое исходное положение в отличие от шара. У сдавливаемых седел нет компенсации давления.
Еще одна проблема, связанная со сдавливаемыми седлами – это перепады температуры. Тепловое расширение – увеличение объема материала при нагревании. Оно обычно выражается в относительном изменении в длине или в объеме на единицу измерения температуры. Для материалов применяется специальный коэффициент, который необходим для сравнения их уровня теплового расширения. Он называется коэффициентом теплового расширения материалов. Обычно коэффициенты линейного расширения применяются для твердых материалов, а коэффициенты объемного расширения – для жидкостей и газов.
При повышении температуры в шаровом кране, стальной корпус и шар будут расширяться. Однако, PTFE или TFM седла будут расширяться гораздо сильнее – в 8 раз сильнее чем металл, который их окружает. Если температура поменяется достаточно сильно, то седло будет подвержено еще большей неупругой деформации. Если после этого кран охладится, то деформируемое седло скорее всего даст протечку. У сдавливаемых седел также нет температурной компенсации.
При износе шарового крана страдает его самая уязвимая часть – седло. Замена седел является довольно частой практикой, однако, при высоком режиме цикла, сдавливаемые седла могут изнашиваться быстрее благодаря перепадам давления и размера крана. Сдавливаемое седло также не обладает компенсацией износа.
Все пластичные материалы имеют зоны упругого и неупругого поведения. Объект воздействия извлекает пользу из упругих зон для использования накопившейся энергии, подобно трамплину для прыжков в воду.
Рисунок 3. Упругое седло перед предустановкой.
Сдавливаемое седло работает также при предустановке, но в этом случае нет свободного пространства в конструкции, поэтому работает только неупругая деформация.
Уплотнения в кране шаровом
В новых кранах уплотнение будет работать в обоих случаях: и при сдавливаемом седле, и при упругом седле до тех пор, пока давление не начнет падать. Увеличение давления заставляет шар и седло на входе двигаться в сторону седла на выходе, что помогает шару создать эффективное уплотнение с седлом на выходе. Когда это происходит, на входе образуется зазор между корпусом крана и обратной частью входного седла. Это позволяет входящему давлению поступать в полость клапана, как и было задумано. (Рисунок 4)
Рисунок 4. Расстояние движения седла и шара на рисунке преувеличено для демонстративных целей. В зависимости от размера крана и уровня входящего давления движение крайне незначительно.
Есть несколько преимуществ при выравнивании входящего давления и давления в полости крана. Оно уменьшает трение, минимизирует повреждения седла и обеспечивает намного меньший крутящий момент. Если кран автоматизирован, то тогда потребуется привод меньшего размера, что отразится в более низких затратах.
Шаровые краны с плавающим шаром – это арматура с хорошим уплотнением на выходе. В кране есть два седла для того, чтобы работать в условиях двунаправленного потока. Это значит, что независимо от того, какой стороной его устанавить на линию – обе стороны работают одинаково хорошо. Однако, как было сказано выше, уплотнение на входе сработает только когда давление на входе не двигает шар (past the effective preset) в новом кране. Но со временем он изнашивается, эффективная предустановка конструкции ухудшается, что делает легче проникновение входящего давления в полость крана, даже при малом давлении.
Для того, чтобы обеспечить выравнивание давления в полости клапана с входящим давлением, на внешней стороне седел нанесены радиальные пазы (Рисунок 5). Радиальные пазы влияют только на уплотнение седла на входе, потому что седло на выходе вжато в корпус крана шаром, создавая надежное уплотнение. Радиальные пазы не делают кран однопоточным. Кран остается двунаправленным, потому что, во-первых, оба седла идентичны, а во-вторых, силы, возникающие внутри крана, также идентичны.
Рисунок 5. Радиальные пазы для выравнивания давления.
Тепловое расширение среды
Создаваемая между двух седел полость – это идеальная защитная оболочка от увеличения давления в шаровом кране с плавающим шаром. Как ни странно, при воздействии повышенной температуры на среду, фиксируется увеличение давления, обусловленное тепловым расширением. Обычная вода в кране без доступа воздуха увеличит давление на 100 psi на каждый градус повышения температуры по Фаренгейту. Например, 10° повысят давление на 1000 psi. Соотношение температуры и давления самых распространенных жидкостей составляет примерно от 90 до 110 psi на один градус по Фаренгейту. Стандарт ANSI B16.34, параграф 2.3.3 «Тепловое расширение среды» гласит: «На пользователе лежит ответственность за предоставление возможностей проектировки, установки или процедуры эксплуатации для того, чтобы убедиться, что давление в арматуре не превышает допустимое данным стандартом максимальное значение.»
Есть несколько вариантов решения проблемы увеличения давления в полости крана вследствие теплового расширения, которыми пользуются производители шаровых кранов. Когда кран в открытом положении, любое давление в полости, создаваемое шаром, седлами и корпусом может быть легко сброшено с помощью сверления небольшого отверстия от крышки штока до проточного канала с шаром. Давление в полости быстро уходит в отверстие через шток и ослабляет давление на выходе. Однако, давление намного сложнее сбросить, когда кран находится в закрытом положении. Один из путей решения проблемы: просверлить еще одно отверстие в шаре так, чтобы оно было направлено в сторону входящего потока, таким образом сбрасывая давление на входе, и не создавая протечку на выходе. (Рисунок 6). С другой стороны, отверстия для сброса давления превращают краны в однопоточные. Другой вариант — это использовать краны с вдавливаемым седлом, которые способны выравнивать давление в полости.
Рисунок 6. Для того, чтобы предотвратить повышение давления в полости, нужно просверлить отверстие в шаре при закрытом положении в сторону входящего потока. Однако, это сделает кран однонаправленным.
Кран с активным седлом, где седло гибкое, и может сминаться и возвращаться в исходное положение. Выработка давления в полости крана происходит по пути наименьшего сопротивления. Когда давление в полости станет больше, чем давление на входе, оно заставит седло на входе сдвинуться и выйдет наружу. Требуется совсем небольшой сброс давления в полости, чтобы это давление вернулось к нормальному. Некоторые производители называют это сбросом через входное седло, а некоторые – просачивающийся сброс. В любом случае, это называется самосбрасывающими седлами. (Рисунок 7)
Рисунок 7. Самосбрасывающие седла
Даже производители кранов, выпускающие краны с самосбрасывающими седлами рекомендуют при использовании высоколетучих газов, таких как жидкий хлор, или при криогенных условиях, где жидкость или газ подвержены стремительному тепловому расширению, использовать прямой сброс с помощью предохранительного клапана.
Заключение
В условиях быстрорастущего рынка производителей кранов шаровых с плавающим шаром, такие краны не должны рассматриваться как обычный товар широкого потребления. Перед выбором оборудования должны быть проведены серьезные расчеты, с целью определить, какой кран лучше подходит для требуемых условий эксплуатации.
Что такое седло шарового клапана
Апгрейд: Новый взгляд на конструкцию шарового крана
Апгрейд: Новый взгляд на конструкцию шарового крана
Конструктор трубопроводной арматуры, изобретатель
Мороз Владимир Вадимович.
В настоящее время краны с шаровыми пробками прочно заняли первенство на рынке трубопроводной арматуры и стали настолько обычны, что что-то менять в их конструкции, по мнению многих, это как «изобретать велосипед — пытаться изобрести заново конструкцию, которая уже давно всем известна, отлично отработана, и совершенна в том смысле, что не содержит практически ничего лишнего и полностью соответствует своим задачам». Но, тем не менее, порой взгляд на обычные вещи под другим углом зрения открывает новые возможности. Эта статья как раз описывает попытку посмотреть на всем известную запорную арматуру «по-другому».
Пик роста производства шаровых кранов пришелся на начало 80-х годов, когда начали широкого использоваться при механической обработке станки с ЧПУ и появились такие уплотнительные материалы как фторопласт и полиуретан. Главными преимуществами шаровых кранов, которые обеспечили им успех, стали:
1) высокая герметичность затвора;
2) отсутствие застойных зон;
3) простота конструкции;
4) быстродействие;
5) удобный монтаж и эксплуатация;
6) низкий коэффициент гидравлического сопротивления;
7) длительный срок безаварийной работы;
8) благоприятные условия для диагностирования и очистки трубопровода;
Однако этому типу трубопроводной арматуры присущи и недостатки, основными из них являются:
1) постоянное прижатие седел к поверхности шара при помощи пружин, приводит к тому, что мягкое уплотнение трется о поверхность пробки и изнашивается (особенно при наличии твердых включений (песка) в рабочих средах), что в итоге сокращает срок эксплуатации крана. Кроме этого, поверхность шаровой пробки у крана, который длительное время находился в положении «закрыто», «зарастает» содержащимися в транспортируемой среде твердыми включениями, и при повороте пробки происходит сильный износ уплотнений седел. Применяемые для восстановления герметичности уплотнительные смазки не эффективны, они часто «коксуются» и забивают каналы, делая их не пригодными для дальнейшего использования;
2) сферическая поверхность пробки должна иметь правильную форму и высокую чистоту поверхности, а также покрыта износостойкими и коррозионностойкими материалами. Все это существенно увеличивает стоимость изготовления и ремонта шаровых кранов, особенно больших DN, что требует применения специального дорогостоящего оборудования для точной обработки сферы;
Имея в своей трудовой биографии большой опыт конструирования трубопроводной арматуры, автор статьи попытался найти такое техническое решение, которое позволило бы при сохранении всех основных преимуществ шаровых кранов, устранить перечисленные выше недостатки. При разработке новой конструкции было выделено ряд основных задач:
1) кран должен быть создан на базе шарового крана традиционной конструкции;
2) при эксплуатации должна быть обеспечена возможность корректировать износ уплотнительных элементов крана без его разборки и без применения уплотнительных смазок;
3) кран должен иметь уплотнение «металл по металлу»;
4) касание поверхности запорного органа с уплотнением должно происходит только в положении крана «Закрыто»;
5) кран должен иметь низкую себестоимость изготовления и высокую ремонтопригодность.
Для решения поставленной задачи были проанализированы существующие конструкции трубопроводной арматуры, такие как «Orbit Valve» фирмы «Cameron» (США), полнопроходный затвор производства ПТПА (г. Пенза), кран эксцентриковый НПЦ «АНОД» (г. Нижний Новгород), множество российских и европейских патентов.
Ниже приведено описание конструкции, которая в итоге была спроектирована на базе крана шарового DN100 PN100, выпускаемого многими арматурными предприятиями. По массогабаритным показателям и внешне новый шаровой кран практически не отличается от своего аналога (рис.1).
Рис.2
Кран предлагаемой конструкции ( рис. 2) имеет основные детали, такие как корпус из двух половинок, опоры пробки, уплотнение между полукорпусами аналогичные серийному образцу. В конструкцию крана, дополнительно в проходном отверстии пробки установлена втулка с возможностью поворота вокруг оси прохода. На втулке имеется паз, в который установлен рычаг для ее поворота и на концах втулки выполнены лыски, которыми она сопрягается с седлами. Седла установлены на, выполненных на пробке проточках, с возможностью перемещения в разные стороны при повороте втулки. Для возврата седел в исходное положение применены пружины. В полукорпусах неподвижно закреплены металлические уплотнительные диски.
В кране предлагаемой конструкции при повороте шаровой пробки при помощи рукоятки или привода, вместе с ней поварачиваются втулка, рычаг и размещенные на ней седла. При этом между сферическими поверхностями пробки, размещенными на ней седлами и неподвижно закрепленными в полукорпусах крана уплотнительными дисками имеется небольшой, но гарантированный зазор.
Наличие зазора исключает износ седел при повороте запорного органа и снижает момент при управлении краном. При приближении шаровой пробки к положению «закрыто», рычаг упирается в торец кольцевого паза, выполненном на верхней опоре (рис. 3) и поварачивает втулку, которая в свою очередь, раздвигает седла в противоположные стороны, герметизируя тем самым кран (рис. 4). Рычаг одним концом установлен в втулке и сверху зафиксирован верхней опорой в кольцевом пазу, поэтому дополнительного крепления не требует. При повороте пробки на открытие рычаг под действием пружины вместе с обечайкой возвращается в исходное положение, седла так же, под действием пружин возвращаются в исходное положение.
Для обеспечения возможности при эксплуатации корректировать износ уплотнительных элементов крана без его разборки и без применения уплотнительных смазок в конструкции предусмотрены регулируемые упоры (рис. 5).
Упоры установлены выше уплотнения верхней опоры, поэтому изолированы от рабочей среды и не требуют герметизации. Регулируемые упоры поворачивают верхнюю опору на требуемый угол, изменяя тем самым величину перемещения седел в закрытом положении крана, что позволяет изменять контактные давления в уплотнении, корректировать износ уплотнения в ходе эксплуатации и восстанавливать герметичность без разборки крана.
Подвижные седла изготовлены из коррозиоонностойкой стали или керамики и относительно пробки крана уплотнены резиновыми кольцами. Причем, резиновые кольца расположены на диаметре большем чем диаметр линии контакта подвижных седел с уплотнительными дисками (рис. 6). Уплотнительные диски герметизированы относительно корпуса, так же на диаметре большем, чем диаметр линии контакта подвижных седел с ними. Уплотнительные диски могут быть изготовлены из коррозиоонностойкой стали или бронзы, при этом форма и способ крепления позволяет им упруго деформироваться при перемещении подвижных седел и под действием давления рабочей среды, то есть самоуплотнятся. Упругая конструкция уплотнительных дисков, кроме того, снижает требования к точности изготовления сферы подвижных седел, так как позволяет «отслеживать» погрешности ее формы. При возникновении избыточного давления в корпусе крана уплотнительные диски прогибаются в обратную сторону, и происходит сброс давления с корпуса, что важно для жидких сред.
Для предлагаемой конструкции крана седла могут быть изготовлены из листовой стали с минимальными припусками в условиях обычного станочного парка небольшого предприятия. В качестве заготовки втулки может быть использована труба из «нержавеющей» стали близкого типоразмера. Пробка крана может быть отлита из обычной углеродистой стали и требуется обработка только трущихся поверхностей (рис. 7, 8).
Пробка является силовым элементом и воспринимает весь перепад давления в кране, поэтому требования к подвижным седлам снижаются и они могут быть изготовлены из такого перспективного материала как керамика, что практически исключает износ уплотнительных поверхностей в экстремальных условиях повышенных температур и агрессивных сред.
На рисунке 9 показан вариант крана с двумя рукоятками. В данном случае регулируемые упоры отсутствуют и на боковой поверхности верхней опоры выше ее уплотнения нарезан червячный сектор, который находится в зацеплении с червячным валом, соединенным со второй рукояткой. Рукоятки расположены таким образом, что блокируют друг друга. На рисунке 9 кран показан в положении «открыто», рукоятка, связанная с пробкой расположена вдоль оси трубопровода и блокирует рукоятку разведения седел.
Седла невозможно расклинить пока кран не будет закрыт и рукоятка, связанная с пробкой не станет перпендикулярно трубопроводу. На рисунке 10 кран показан в положении «закрыто», рукоятка, связанная с пробкой расположена перпендикулярно трубопроводу и ее блокирует рукоятка разведения седел. Кран невозможно открыть пока седла не будут разблокированы.
Из выше описанного следует, что такое решение, как расположение подвижных седел в проточках на пробке, а неподвижных уплотнений — в корпусе и то, что они вступают в контакт только в положении крана «закрыто», после перемещения подвижных седел, а в остальное время между ними обеспечен минимальный зазор, который позволяет:
1) сэкономить средства, на уменьшении времени обработки поверхности пробки, отказе от использования специального точного сферообрабатывающего оборудования в пользу обычного универсального станочного парка, отказе от покрытия всей поверхности пробки хромом или никелем и ее последующем полировании;
2) сэкономить средства при доводке изделия и проведении испытаний запорного органа на герметичность, так как имеется возможность менять контактное давление в уплотнении крана, при этом отпадает необходимость в разборке крана и подгонке уплотнений, кран при регулировке может находиться под давлением;
3) продлить срок службы крана, так как в отличие от традиционной конструкции, отсутствует износ уплотнений при повороте пробки и трение, постоянно поджатых пружинами седел, по ее поверхности;
4) упростить обслуживание крана, так как в ходе эксплуатации имеется возможность откорректировать износ уплотнения и восстановить герметичность без разборки крана простым вращением регулируемых упоров, причем кран при этом может находиться под давлением;
5) на время проведения ремонтных работ, вращением регулируемых упоров, возможно, полностью заблокировать кран в положении «закрыто», исключив возможность самопроизвольного его открытия. Привод при этом может быть снять для проведения ремонтных работ;
Описанная конструкция может быть освоена на предприятиях выпускающих шаровые краны типа «пробка в опорах» от DN 50 до DN 500 на давление до 10 МПА на обычные и агрессивные среды с температурой до +200 °С, без дополнительных материальных затрат, с получением ощутимого экономического эффекта.
Если Вы хотите разместить свой обзор или интересную статью, Вы можете прислать её нам воспользовавщись формой обратной связи.
Обязательным условием размещения материала является соответствие тематики трубопроводной арматуры и инженерным системам.
Седло шарового клапана
Изобретение относится к запорной арматуре, в частности к седлам шаровых кранов, и предназначено для использования в запорной, регулирующей, предохранительной арматуре в различных отраслях промышленности. Седло шарового клапана выполнено в виде кольцевого блока. Одна часть кольцевого блока установлена в кольцевую канавку корпуса клапана. Другая его часть выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента. Кольцевой блок выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала и пронизывающего его эластичного материала. Показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала. Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности работы седла в сложных условиях эксплуатации за счет улучшения его эксплуатационных характеристик: неподверженность выдавливанию и вытеканию” эластичного материала, высокие грязезащитные и грязеочищающие способности, возможность применения более эластичного материала при высоких давлениях рабочей среды, высокие антифрикционные свойства, которые обеспечиваются и материалом армирующего элемента. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к запорной арматуре, в частности к седлам шаровых кранов.
Известно седло шарового клапана, выполненное в виде отформованного кольцевого блока из упругодеформируемого уплотнительного материала, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента (см. патент США №5904337А от 18.05.99, № з-ки 0352888, 05.03.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №10, 2000).
Недостатком данной конструкции является то, что при больших давлениях рабочей среды эластомерный материал седла «течет», что приводит к его повреждению и разгерметизации. Применение более твердых и прочных материалов не обеспечивает герметичность узла из-за их малой упругости и эластичности. Кроме этого, седло не защищено от попадания твердых частиц загрязнений в зону трения со сферической поверхностью запорного элемента.
Известно седло шарового клапана, состоящее из двух уплотнительных деталей, установленных в выемку на внутренней поверхности корпуса, одна из которых является несущей и осуществляет удаление загрязняющих веществ с поверхности сферического запорного элемента перед соприкосновением его со второй уплотнительной деталью, отформованной из мягкого эластомерного материала (см. см. патент США №6047952А от 11.04.00, № з-ки 115049, 14.07.98, МКИ F 16 K 5/06, ИСМ в.70, №7, 2001). Может быть принято за прототип.
Данная конструкция частично устраняет недостатки в вышеописанном аналоге. В данной конструкции использовано два уплотнительных элемента разной жесткости, один из которых работает как грязесъемник и опорный элемент, что снижает доступ загрязнений в зону трения седла со сферической поверхностью запорного элемента.
Недостатком данной конструкции является то, что при больших давлениях и повышенных температурах рабочей среды эластомерный материал седла «течет», что приводит к его повреждению и разгерметизации. При работе с рабочей средой в виде нефти, насыщенных высокомолекулярных соединений на рабочей поверхности сферического запорного элемента образуются очень прочно (явление адгезии) прикрепленные наросты из смолоподобных соединений, которые эластичному материалу удалить затруднительно. Особенно, когда работе шарового клапана предшествовал длительный период бездействия и в условии работы при пониженных температурах.
Задача изобретения — повышение надежности и долговечности работы седла в сложных условиях эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что в седле шарового клапана, выполненном в виде кольцевого блока, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента, кольцевой блок выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала и пронизывающего его эластичного материала, причем показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала, кроме того;
армирующий элемент выполнен из проволоки с упругодемпфирующими свойствами, например из металлорезины,
проволока выполнена из высокопрочного материал, например из стали.
проволока выполнена из антифрикционного материала, например из бронзы,
проволока выполнена из высокопрочного материал с антифрикционным покрытием,
армирующий элемент выполнен с покрытием, повышающим адгезионные свойства по отношению к эластичному материалу,
в радиальном направлении от крайних частей к средней части седла жесткость армирующего элемента уменьшается,
в качестве эластичного материала использован фторопласт.
Суть изобретения заключается в том, что используется армирующая объемная проницаемая конструкция, монолитно связанная с более мягким эластичным уплотнительным материалом. Регулируя жесткость, проницаемость, тип армирующей объемной проницаемой конструкции, возможно изменять уплотняющие, грязезащитные, прочностные свойства седла.
На фиг.1, 2 показана конструкция выполнения седла.
Седло шарового клапана выполнено в виде отформованного кольцевого блока 1. Часть 2 кольцевого блока 1 установлена в кольцевую канавку 3 корпуса 4 клапана, а часть 5 выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности 6 сферического запорного элемента 7. Кольцевой блок 1 выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала (АЭОПК) 8 и пронизывающего его эластичного материала, причем показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала. АЭОПК 8 может быть выполнен проволочным и упругодемпфирующим из металлорезины. В качестве материала проволоки может быть использован высокопрочный материал, например сталь, антифрикционный материал, например бронза, высокопрочный материал с антифрикционным покрытием. Алюминиевые, медные сплавы обладают хорошей адгезией к резине. Это свойство можно усилить, если обработать проволоку АЭОПК 8 веществом, повышающим адгезионные свойства по отношению к применяемому эластичному материалу, например Хемасилом. В радиальном направлении от крайних частей 9, 10 к средней части 11 седла жесткость АЭОПК 8 может уменьшаться, а его проницаемость эластичным материалом увеличиваться.
Кольцевой блок 1 воспринимает значительные радиальные усилия, связанные с давлением рабочей среды и усилием прижима седла, тангенциальные усилия, связанные с силами трения по поверхности 6 сферического запорного элемента 7. АЭОПК 8, монолитно связанная с уплотнительным материалом, обеспечивает жесткость, необходимую для восприятия усилий прижима седла к боковой поверхности 6 сферического запорного элемента 7, с другой стороны, «чистящий» эффект за счет более жесткого и твердого материала АЭОПК 8 (сталь, бронза и т. д.), что позволяет счищать с поверхности 6 сферического запорного элемента 7 хорошо прикрепленные к нему смолоподобные отложения. Наличие в порах, каналах, неровностях АЭОПК 8 уплотнительного материала обеспечивает хороший уплотняющий эффект и низкую проницаемость для рабочей среды. Уплотнительный материал может удерживаться механически за счет разветвленной системы связанных между собой каналов и полостей и за счет адгезионных связей. Использование проволочного АЭОПК 8 с упруго-демпфирующими свойствами из металлорезины, позволяет обеспечить достаточную для восприятия перепадов давления среды податливость, упругость. При этом седло 1 может одинаково хорошо работать и при низких, и при высоких давлениях рабочей среды. Эластичный материал, равномерно распределенный в АЭОПК 8, обеспечивает при этом герметичность узла. «Текучесть» эластичного материала ограничена каркасом АЭОПК 8. Относительно твердый уплотнительный материал — фторопласт, распределенный в матрице АЭОПК 8 из металлорезины, приобретает лучшие демпфирующие и уплотняющие свойства по сравнению со случаем без армирования, что связано с изменением формы уплотнительного материала, отдельные частички которого связаны нитевидными связующими элементами (по форме каналов и пустот) в матрице АЭОПК 8 и с упругими свойствами АЭОПК 8. АЭОПК 8 обеспечивает интенсивный отвод тепла из зоны трения к корпусу 4, что не допускает перегрева уплотнительного материала и снижения его прочностных свойств, износа и разрушения. На этот процесс можно влиять, например, применяя материал армирующего элемента с высоким коэффициентом теплопроводности (медь, алюминий и их сплавы).
Выполнение в радиальном направлении крайних частей 9, 10 АЭОПК 8 более жесткими и с меньшей проницаемостью, чем средняя часть 11 кольцевого блока 1, позволяет усилить грязезащитные (грязеочищающие) и «антитекучие» свойства (функция опорного кольца уплотнительного элемента), т.к. крайние части 9, 10 более наполнены АЭОПК 8, более жесткие, твердые, прочные. Это очень важно, так как в момент пересечения переходной кромки отверстия и наружной сферы сферического элемента 7 с уплотняемой поверхностью 6 кольцевого блока 1 возникают значительные сминающие и касательные напряжения в поверхности трения части 5 кольцевого блока 1, что обычно является причиной его выдавливания, вытекания. В данном случае это не происходит, т.к. армирующий элемент воспринимает основную часть нагрузки, является «направляющим» элементом и предохраняет эластичный материал и все седло в целом от деформации и выдавливания. Выполнение средней части 11 АЭОПК 8 менее жесткой и с большей проницаемостью (больше % порового пространства) позволяет сконцентрировать в этой части большее количество уплотнительного материала по сравнению с материалом АЭОПК 8 для обеспечения высокой герметизирующей способности кольцевого блока 1.
Выполнение седел с проницаемым для уплотнительного материала АЭОПК 8 обеспечивает их улучшенные эксплуатационные характеристики: неподверженность выдавливанию и вытеканию уплотнительного материала, высокие грязезащитные и грязеочищающие способности, возможность применения уплотнительного материала при высоких давлениях рабочей среды, высокие антифрикционные свойства, которые обеспечиваются и материалом армирующего элемента, высокие теплоотводящие способности из зоны трения седла с запорным элементом. Это повышает надежность и долговечность работы седла.
Данная конструкция седла может быть использована в запорной, регулирующей, предохранительной арматуре в различных отраслях промышленности.
1. Седло шарового клапана, выполненное в виде кольцевого блока, одна часть которого установлена в кольцевую канавку корпуса клапана, а другая выполнена с возможностью контакта по боковой поверхности сферического запорного элемента, отличающееся тем, что кольцевой блок выполнен в виде армирующего элемента из объемного проницаемого материала и пронизывающего его эластичного материала, причем показатели прочности и твердости объемного проницаемого материала армирующего элемента более высокие, чем показатели прочности и твердости его эластичного материала.
2. Седло по п.1, отличающееся тем, что армирующий элемент выполнен из проволоки с упругодеформирующими свойствами, например металлорезины.
3. Седло по п.2, отличающееся тем, что проволока выполнена из высокопрочного материала, например из стали.
4. Седло по п.2, отличающееся тем, что проволока выполнена из антифрикционного материала, например из бронзы.
5. Седло по п.2, отличающееся тем, что проволока выполнена из высокопрочного материала с антифрикционным покрытием.
6. Седло по п.1, отличающееся тем, что армирующий элемент выполнен с покрытием, повышающим адгезионные свойства по отношению к эластичному материалу.
7. Седло по п.1, отличающееся тем, что в радиальном направлении от крайних частей к средней части седла жесткость армирующего элемента уменьшается.
8. Седло по п.1, отличающееся тем, что в качестве эластичного материала использован фторопласт.