Задвижки

Силовые характеристики задвижек

Для решения вопросов, связанных с управлением запорной арматурой (выбор маховика, рукоятки, привода и т. д.), необходимо знать ее силовую ха­рактеристику, т. е. величины усилий и моментов, действующих при ее закрыва­нии и открывании. При закрывании запорного сальникового вентиля с подачей среды под золотник необходимо к маховику приложить крутящий момент, равный

М = М0 + Мс + Мш.

Здесь

Формула
— момент в резьбовом механизме, Н·см;

Мс =

формула2
— момент трения в сальнике, Н·см;

формула3

момент трения в пяте, Н·см; Q0 = Qср + Qy+ T sin α — усилие вдоль шпин­деля, Н; Qср = 78,5D p — усилие от давления среды на золотник, Н; Qy = 314DKbqy— усилие, необходимое для герметизации запорного органа, Н; Т=100ψ dcsp — сила трения в сальнике, Н; DK — средний диаметр уплотнитель-ных колец, см; bширина уплотнительных колец, см; р — рабочее давление среды, МПа; qy контактное давление на уплотнительных кольцах, необходи­мое для герметизации запорного органа, МПа; dc — диаметр шпинделя в саль­нике, см; s — толщина кольца набивки сальника, см; ψ— коэффициент, завися­щий от конструкции сальника, давления среды и коэффициента трения между набивкой и шпинделем (ψ = 0,2÷3,65) см [3]; dcр — средний диаметр резьбы шпинделя, см; а—угол подъема в градусах винтовой линии ходовой резьбы на шпинделе; ρ — угол трения в градусах в резьбе шпинделя (tg ρ = μ); μ — коэффициент трения в резьбе, μ= 0,15÷0,25; Rr — радиус шаровой головки шпинделя, см; Е — модуль упругости, МПа.

При закрывании клиновой задвижки с выдвижным шпинделем в простей­шем случае, в условиях самоуплотнения, когда усилие от давления среды доста­точно для самоуплотнения запорного органа (Qср > Qу), момент, необходимый для закрывания задвижки, равен

М= М0 + Mб

Здесь

формула4
—момент в резьбовом механизме, Н·см;

Мв= dб/ 2 * μб момент трения в бурте, Н·см; Q0 = Q1 + Qшп + Т — усилие вдоль шпинделя, Н; Q1 = μкQср — усилие, необходимое для перемещения клина, Н; Qшп = 78,5dр — усилие среды, выталкивающее шпиндель, Н; Т= 100ψ dр — сила трения в сальнике, Н; dсp — средний диаметр ходовой резьбы шпинделя, см; а — угол подъема в градусах винтовой линии ходовой резьбы шпинделя; р — угол трения в резьбе шпинделя (tg ρ = μ); μ = 0,15÷0,25 — коэффи­циент трения в резьбе; dc — диаметр шпинделя в сальнике, см; s — толщина кольца набивки сальника, см; ψ = 0,2÷3.65 — коэффициент [3]; μк — коэффи­циент трения между уплотнительными кольцами затвора и седла (μк — 0,25÷0,35); Qср = 78,5Dp; DK — средний диаметр уплотнительных колец запорного органа, см; р — рабочее давление среды, МПа.

Зная геометрические параметры, материал деталей арматуры и рабочее давление среды, можно определить все составляющие приведенных выше формул, за исключением значений qyконтактных давлений на уплотнительных кольцах, необходимых для герметизации запорного органа.

Значения qy, необходимые для различных условий работы арматуры, изучены еще недостаточно, они принимаются приближенно и уточняются по мере экспериментальной и теоретической разработки.

Для расчета вентилей с плоскими уплотнительными поверхностями шириной 2—6 мм при 10-м классе шероховатости можно предложить значения qy (МПа), приведенные в табл. 20.3. Они получены с использованием формул:

при р < 2,5 МПа

Формула5

при 2,5 < р < 16 МПа

формула6

Здесь b — ширина перекрытия уплотнительных колец, см; р — рабочее да­вление, МПа.

Для вентилей с конусным (под углом 45 — 60⁰) уплотнением на золотнике и фаской на седле 0,5 — 0,6 мм с наплавкой сплавом повышенной стойкости ВЗК могут быть использованы значения ql, приведенные ниже:

Давление среды

р, МПа ... 0.4 0.6 1 1.6 2.5 4 6.4 10 16 20

ql, Н/сы ... 270 330 450 560 610 760 960 1100 1100 1100

В этом случае усилие, необходимое для герметизации, определяется по формуле Qу = πDkql

Для воздуха значения qy следует увеличить в 1,4 раза, для пара — в 1,7 раза.

Приведенные данные используются для арматуры обычного назначения. Для арматуры ответственного назначения целесообразно принять коэффициент запаса в зависимости от степени ответственности объекта, обслуживаемого арма­турой.

На основе полученных значений необходимых крутящих моментов опре­деляются тип и мощность привода для управления арматурой.

Поскольку расчет действия давления среды на золотник производится условно по среднему диаметру уплотнительных колец Dк, расчетное контактное давление qу не следует принимать меньше p/2. В противном случае при малой щели между кольцами, когда давление среды может распространиться на пло­щадь, ограниченную наружным диаметром колец, действующее усилие Q0 может оказаться больше расчетного.

20.3. Значения qу (МПа) для воды (г = 20⁰ С) при плоских металлических уплотнительных поверхностях

b, мм Давление среды р, МПа
0,4 0,6 1,0 1,6 2,5 4,0 6,4 10,0 16,0
2,0

2,5

3,0

4,0

5,0

6,0
5,0

3,5

2,7

1,8

1,3

1,0
6,0

4,3

3,3

2,1

1,5

1,2
8,1

5,7

4,4

2,9

2,1

1,6
11,3

8,1

6,2

4

2,9

2,2
16,2

11,5

8,8

5,7

4,1

3,1
18,4

13,1

10

6,5

4,6

3,5
21,5

15,3

11,7

7,6

5,4

4,1
25,0

17,7

13,5

8,8

6,3

5
28,4

21

16

10,4

8

8