Трубопроводная арматура промышленных предприятий

     По конструкция присоединительных патрубков, как указывалось в разделе 1, арматура наиболее часто бывает муфтовая, фланцевая и под сварку.

     Муфтовая  ТА изготавливается на малые диаметры. Как правило, на арматуре наносят внутреннюю трубную резьбу соответствующего диаметра, а снаружи присоединительные концы оформляются в виде шестигранника «под ключ». Размеры присоединительных концов соответствуют ГОСТам. Трубная резьба представляет из себя дюймовую резьбу с мелким шагом. Дюймовая резьба, в отличие от метрической, имеет при вершине профиля угол не 60⁰, а 55⁰. Мелкий шаг означает, что шаг резьбы и высота зубьев не зависят от диаметра трубопровода. Мелкий шаг применяется потому, что при выполнении на трубе резьбы с обычным шагом высота зубьев получилась бы такой большой, что превысила бы толщину стенки трубы.

     Муфтовое  соединение обладает рядом преимуществ. Оно технологично, резьба может формироваться  различным способом - штамповкой, накаткой, нарезкой, причем нарезка может быть произведена простыми приспособлениями в условиях мелкой мастерской и даже дома. Муфтовое соединение легко и  достаточно надежно герметизируется  льняной прядью или лентой ФУМ. Для  муфтового соединения трубопровода и арматуры не требуются дополнительные крепежные детали.

     Вместе  с тем этому виду соединения присущи  и недостатки. Самый главный заключается в том, что вследствие нарезки резьбы уменьшается толщина стенки трубы, что приводит к снижению прочности и долговечности соединения. Это не позволяет нарезать резьбу на тонкостенных трубах. Кроме того, для выполнения соединения требуется большое усилие для наворачивания муфты на резьбу с уплотнительной подмоткой, причем это требуемое усилие резко возрастает при увеличении диаметра трубопровода. Поэтому для диаметров более 50 мм резьбовое соединение не применяют.

     Фланцевая арматура выпускается на диаметры от 50 до 500 мм.

     Фланцевое соединение как таковое очень  широко применяется в технике. Фланцы соединяются между собой болтами, между ними вставляется прокладка  из различных материалов.

     Преимуществом фланцевого соединения является надежность, простота соединения, возможность многократной разборки и соединения.

     Вместе  с тем расход металла на фланцы весьма значительный, а трудоемкость их изготовления достаточно высока. При  увеличении диаметра трубопровода толщина  и масса фланцев существенно  возрастают, что увеличивает расход металла. Сильно увеличивается и  количество болтов, которое требуется  для стыковки фланцев, что приводит к возрастанию трудоемкости их сборки. Кроме того, если фланцы небольших  диаметров могут быть изготовлены  из распространенного листового  металла толщиной 8 - 15 мм, то фланцы больших размеров должны изготавливаться  из дефицитного толстолистового  металла или круглого профиля  большого диаметра, что удорожает  их изготовление. Для изготовления фланцев больших размеров требуются  крупногабаритные токарные станки, что  редко бывает в условиях рядового предприятия. При токарных работах  много металла идет в отходы. С  увеличением диаметра трубопровода возрастает усилие на фланцы и повышается вероятность разрыва и выдавливания прокладки.

     Типы  применяемых фланцев зависят от условного диаметра и рабочего давления среды. Существует много типов фланцем, отметим здесь лишь основные:

     • без выступа стальные плоские приварные

     • плоские приварные с соединительным выступом

     • с выступом или впадиной из серого чугуна

     • с шипом или пазом

     Плоские фланцы бывают самодельного и заводского изготовления.

     Стальной  плоский приварной фланец без  выступа наиболее прост по конструкции, может быть изготовлен из обычной листовой стали и применяется на трубопроводах малых диаметров. Прокладка, заложенная между двумя плоскими фланцами, сжимается по всей поверхности фланцев, что не позволяет развить больших давлений на материал и достичь предела текучести. Тот факт, что отсутствуют выступы на фланце и прокладка зажимается по всей поверхности фланца, затрудняет ее центровку в соединении. При наличии плоских фланцев следует использовать упругие прокладки с малой жесткостью. Наличие царапин на фланце в радиальном направлении может привести к тому, что не удастся достичь герметичности соединения. Учитывая существенных отсутствие неровностей (выступов) на поверхности фланцев, прокладка может легко скользить по поверхности, что повышает вероятность ее разрыва и выдавливания давлением в трубопроводе. Поэтому плоские фланцы ненадежны на трубопроводах больших диаметров.

     Плоские фланцы с соединительным выступом обычно бывают заводского изготовления, но могут быть изготовлены и в условиях механических цехов завода. Они широко применяются на трубопроводах малых и средних диаметров благодаря большей надежности. Они имеют выступ на своей поверхности, что облегчает центрирование прокладки. На уплотнительной поверхности фланца может наноситься ряд концентрических неглубоких треугольных канавок, что резко увеличивает его герметичность. При давлении на прокладку в момент стягивания фланцевого соединения материал прокладки деформируется, достигнув предела текучести, и заполняет собой углубления канавок, препятствуя образованию непрерывных радиальных щелей в месте царапин поверхности.

     Фланцы  с выступом или впадиной из серого чугуна бывают только заводского изготовления. Они соединяются так, что выступ одного фланца входит во впадину второго, за счет чего обеспечивается большая герметичность соединения.

     Фланцы  с шипом и пазом так же бывают только заводского изготовления. Они соединяются так, что шип одного фланца входит в паз второго, за счет чего обеспечивается большая герметичность соединения.

     Для арматуры больших и сверхбольших диаметров присоединительные концы  подготавливают под приварку, то есть они представляют из себя просто отростки трубы, концы которых подготовлены под сварку - выровнена и зашлифована поверхность, снята требуемая фаска. При монтаже такие присоединительные патрубки просто привариваются к трубопроводу.

     Как указывалось выше, размеры присоединительных концов для муфтовой арматуры ГОСТированы и зависят только от условного диаметра ТА.

     Размеры присоединительных фланцев могут  быть различными даже при одинаковом диаметре трубопроводов, в зависимости  от назначения арматуры и рабочего давления. Поэтому, при присоединении  трубопровода к арматуре важно на трубопроводе установить именно такой  фланец, который имеется на арматуре. Диаметры самих фланцев, размеры прокладок, размеры и количество отверстий под болты на фланцах приводятся в специальной литературе: справочниках проектировщика, справочниках по трубопроводной арматуре, каталогах арматуры. В некоторых случаях, когда не удается найти описание фланца для арматуры, единственным способом является натурный обмер фланца арматуры и изготовление ответного фланца по эскизным чертежам. 
 
 
 
 
 

     Материалы, применяемые для арматуры 

     Материалы, применяемые в ТА, можно по назначению разделить на следующие группы:

     • корпусные

     • уплотнительные

     • прокладочные

     • герметизирующие (набивные)

     • смазки

     Корпусные материалы предназначены для изготовления корпуса арматуры. Они должны обладать достаточной прочностью, коррозионной стойкостью, технологичностью обработки, хорошими литейными свойствами, так как корпуса арматуры чаще всего изготавливают методом литья.

     Уплотнительные  материалы используются в ТА для создания и уплотнительных поверхностей седла и затвора. Требования к ним в различной арматуре очень противоречивы и разнообразны. Они должны обладать упругостью, хорошо шлифоваться, иметь неплохие антифрикционные свойства.

     Прокладочные  материалы применяются для изготовления уплотнительных прокладок. Они должны иметь низкую стоимость, легко обрабатываться, изготавливаться в виде листов, выдерживать температурные воздействия, противостоять воздействию агрессивных жидкостей, обладать упругостью и текучестью.

     Герметизирующие материалы применяются для герметизации узлов прохода шпинделя или штока через крышку корпуса. Они должны обладать упругостью, гидрофобностью, термостойкостью, долговечностью, низкой стоимостью.

     Смазки  применяются для уменьшения трения в подвижных деталях арматуры. В некоторых случаях смазки применяются для уменьшения трения прокладочных материалов в момент монтажа арматуры. Они должны обладать термостойкостью, низким коэффициентом трения, технологичностью нанесения.

     1. Корпусные материалы 

     Чугун представляет из себя железо с повышенным содержанием углерода. Чугун - тяжелый металл серого цвета. Как конструкционный материал используется очень широко, обладает высокой твердостью, достаточно низкой стоимостью и хорошими литейными свойствами. В отличие от низкоуглеродистой стали обладает высокой коррозионной стойкостью, что резко повышает долговечность изделий, работающих в контакте с водой. Основным недостатком чугуна как корпусного материала является его хрупкость - он колется при приложении

     ударной или растягивающей нагрузки. С  арматурой из чугуна следует обращаться достаточно аккуратно: не подвергать ее ударам, при навертывании резьбы не прилагать чрезмерных усилий, не допускать  замерзания воды в корпусе арматуры в зимнее время.

     Существует  несколько видов чугуна, используемых для изготовления корпусов арматуры: серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный  чугун. Серый чугун наиболее хрупкий. Ковкий чугун хотя и не может коваться, однако его вязкость и прочность  выше, а хрупкость меньше. Высокопрочный  чугун занимает промежуточное место  между сталью и серым чугуном, из всех чугунов он наименее хрупкий.

     Чугунная  арматура для повышения коррозионной стойкости может изготавливаться  с внутренним защитным покрытием  из различных материалов - эмали, пластмассы, резина.

     Существует  несколько видов чугуна, используемых для изготовления корпусов арматуры: серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный  чугун.

     Сталь представляет из себя железо с низким содержанием углерода. Это очень распространенный конструкционный материал, благодаря хорошим литейным качествам, пластичности, легкости обработки. Твердость стали меньше, чем у чугуна. Сталь не обладает хрупкостью, то есть не колется. Сталь хорошо подвергается механической обработке - точению, сверлению, фрезерованию, шлифованию. Стоимость стальной арматуры достаточно низкая.

     Легированная  сталь - это сталь с небольшими добавками других металлов для получения определённых свойств. За счет легирующих добавок повышается прочность стали и верхний температурный предел рабочего диапазона, повышаются коррозионная стойкость и твердость. Как правило, легирование осуществляется добавками хрома, марганца, ванадия, кобальта и других металлов. К легированным сталям относится нержавеющая сталь, обладающая повышенной коррозионной стойкостью, а так же жаростойкая сталь, используемая для арматуры, эксплуатируемой при высоких температурах. В отличие от обычной конструкционной стали легированные стали часто не обладают ферромагнитными свойствами.

     Латунь  представляет собой сплав меди и цинка с небольшими добавками других металлов, используется для арматуры, работающей при температуре менее 250 ⁰С. Латунь - очень пластичный металл, обладает хорошими литейными свойствами, хорошо подвергается механической обработке, отлично шлифуется и полируется, что при необходимости позволяет получить очень высокое качество поверхности. Из латуни в технике изготавливают корпуса различных изделий, включая точные приборы и механизмы. Высокое качество шлифовки позволяет изготавливать уплотнительные поверхности седла прямо на корпусе арматуры без нанесения слоя другого металла. Латунь по сравнению со сталью значительно лучше противостоит коррозии в присутствии воды и водяных паров.

     Бронза  представляет собой сплав меди и олова с небольшими добавками других металлов. Бронза хорошо противостоит коррозии, хорошо обрабатывается. В отличие от латуни бронза при точении образует не витую стружку, а мелко крошится, однако качество поверхности после обработки высокое. Литейные свойства бронзы человек узнал очень давно. Стоимость бронзы, как и латуни, достаточно высока, она тоже применяется для арматуры малых размеров. Из бронзы на стальной арматуре изготавливают уплотнительные кольца.

     Алюминиевые сплавы применяются для специальной арматуры малых размеров, работающей при температурах до 100 ⁰С. Алюминий обладает малой плотностью, что делает арматуру из него очень легкой. Это пластичный металл, хорошо отливается, легко подвергается пластической обработке. Недостатком является малая прочность по сравнению с ранее рассмотренными корпусными материалами. Температура плавления алюминия 650 0С, однако, он теряет прочность при значительно меньших температурах. При температурах около 600 0С алюминий и его сплавы становятся хрупкими, и их можно истолочь в порошок. Коррозионная стойкость алюминия достаточно высока благодаря наличию защитной окисной пленки на его поверхности. Алюминий плохо противостоит действию щелочей.