Меню

Гидравлический расчет шаровых кранов

Расчет и конструирование трубопроводной арматуры, Гуревич Д.Ф., Ленинград, Машиностроение, 1968 г.

Большое количество арматуры используется в судостроении, холодильной промышленности, жилищном и промышленном строительстве и других отраслях народного хозяйства. Книга содержит данные по вопросам конструирования и расчета трубопроводной арматуры. Приведены конструкции арматуры для работы при различных условиях и различных средах и приводы, применяемые для управления арматурой. Представлены сведения о материалах, применяемых для деталей арматуры. Рассмотрены вопросы для конструирования основных узлов и деталей. Подробно изложены методы расчета арматуры. Приведены справочные данные, необходимые для конструирования и расчета. Книга предназначена для инженерно-технических работников заводов, конструкторских бюро и проектных институтов, а также может быть полезна студентам и аспирантам высших учебных заведений.

Размер: 15,7 Мб
Формат: djvu

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ПРОМЫШЛЕННАЯ ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. НАЗНАЧЕНИЕ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ.

Глава I. Классификация трубопроводной арматуры.
1. Введение.
2. Классификация трубопроводов.
3. Классификация трубопроводной арматуры.

Глава II. Условия работы и испытание арматуры.
1. Условия работы.
2. Выбор арматуры для различных условий работы.
3. Испытание арматуры.
4. Надежность и долговечность арматуры.

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ПРОМЫШЛЕННАЯ ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА.

Глава I. Запорная арматура (затворы).
1. Введение.
2. Клапаны и вентили.
3. Задвижки.
4. Краны.
5. Поворотные дисковые затворы (заслонки).
6. Кольцевые задвижки.

Глава II. Регулирующая арматура.
1. Введение.
2. Регулирующие и дроссельные вентили.
3. Регулирующие и дроссельные клапаны.
4. Регуляторы прямого действия.

Глава III. Предохранительная арматура
1. Предохранительные клапаны.
2. Обратные клапаны.

Глава IV. Контрольная и разная арматура.
1. Пробно-спусковые краны.
2. Указатели уровня.
3. Конденсатоотводчики.

Глава V. Конструкции арматуры при особых условиях работы.
1. Конструкции арматуры для коррозионных сред.
2. Конструкции арматуры для высоких и сверхвысоких давлений.
3. Конструкции арматуры для работы при высоких температурах.
4. Конструкции арматуры для работы при низких температурах и глубоком холоде.
5. Конструкции арматуры для вакуума.
6. Конструкции арматуры для пульп, шламов и сыпучих материалов.
7. Конструкции арматуры сверхбольших диаметров прохода.

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. ПРИВОДЫ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ.

Глава I. Ручной привод.
1. Ручное управление арматурой.
2. Ручной привод с зубчатой передачей.
3. Ручной привод с червячной передачей.
4. Ручной дистанционный привод.

Глава II. Электропривод.
1. Управление арматурой с помощью электропривода
2. Электропривод с зубчатой передачей.
3. Электропривод с червячной передачей.
4. Электромагнитный привод.

Глава III. Гидравлический и пневматический приводы.
1. Гидравлический поршневой привод.
2. Гидравлический мембранный привод.
3. Пневматический поршневой привод.
4. Пневматический мембранный привод с резиновой мембраной
5. Позиционное реле.
6. Привод с металлической мембраной.
7. Дистанционное управление арматурой.

ЧАСТЬ ВТОРАЯ. КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В АРМАТУРОСТРОЕНИИ.

Глава I. Основные характеристики конструктивных материалов.
1. Прочностные характеристики.
2. Оценка коррозионной стойкости металлов.+

Глава II. Чугуны.
1. Серые чугуны.
2. Высокопрочные чугуны.
3. Ковкие чугуны.
4. Жаростойкие (окалиностойкие) чугуны.
5. Кислотостойкие чугуны.
6. Щелочестойкие чугуны.
7. Антифрикционные чугуны.
8. Механические характеристики чугунов при высоких и низких температурах.

Глава III. Стали.
1. Углеродистые стали.
2. Легированные стали.

Глава IV. Цветные металлы и сплавы.
1. Латуни.
2. Бронзы.
3. Алюминиевые сплавы.
4. Никелевые сплавы.
5. Титановые сплавы.

Глава V. Неметаллические материалы, применяемые для изготовления деталей арматуры.
A. Пластмассы.
1. Винипласт.
2. Фторопласт.
3. Полиэтилен.
4. Прочие пластмассы.
5. Вентинит-65.
Б. Графитные материалы.
B. Стекло и керамика.

Глава VI. Сплавы для наплавки уплотняющих колец.
1. Латуни.
2. Высоколегированные стали.
3. Сплавы повышенной стойкости.

Глава VII. Коррозионная и эрозионная стойкость материалов.
1. Коррозионная стойкость чугунов.
2. Коррозионная стойкость сталей.
3. Коррозионная стойкость неметаллических материалов и пластмасс.
4. Эрозионная стойкость металлов.

Глава VIII. Прокладочные материалы.
1. Требования, предъявляемые к прокладочным материалам.
2. Резина.
3. Картон целлюлозный и фибра.
4. Асбест.
5. Паронит.
6. Пластмассы, применяемые для прокладок.
7. Материалы металлических прокладок.

Глава IX. Набивочные материалы.
1. Требования, предъявляемые к набивочным материалам.
2. Хлопчатобумажная и пеньковая набивки.
3. Асбестовая набивка.
4. Графитовая набивка..
5. Фторопласт-4 и стекловолокно.

Глава X. Разные материалы.
1. Смазки.
2. Защитные и декоративные покрытия.
3. Краски.
4. Футеровки и эмалевые покрытия.

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ АРМАТУРЫ.

Глава I. Последовательность разработки конструкций арматуры.
1. Исходные данные.
2. Разработка конструкций.

Глава II. Конструирование отливок.
1. Основные требования.
2. Корпуса арматуры.
3. Крышки и прочие отливки деталей арматуры.
4. Сварные конструкции корпусов и крышек.

Глава III. Конструирование замков затворов.
1. Уплотняющие кольца вентилей.
2. Уплотняющие кольца задвижек.

Глава IV. Конструирование сальниковых узлов.
1. Сальниковые узлы общепромышленной запорной арматуры.
2. Сальниковые узлы арматуры для энергетических установок.
3. Сальниковые узлы арматуры высоких давлений.
4. Сальниковые узлы регулирующей арматуры.

Глава V. Конструирование сильфонных узлов.
1. Узлы с однослойными сильфонами.
2. Узлы с многослойными сильфонами.

Глава VI. Конструирование узлов ходовой гайки.
1. Невращаемые ходовые гайки.
2. Вращаемые ходовые гайки.

Глава VII. Конструирование узлов головки и бурта шпинделя.
1. Узлы головки шпинделя запорных вентилей.
2. Узлы головки шпинделя задвижек.
3. Узлы бурта шпинделя.

Глава VIII. Конструирование присоединительных элементов арматуры
1. Фланцевые соединения.
2. Прочие виды соединений.

Глава IX. Маховики и рукоятки для ручного управления арматурой
1. Маховики и рукоятки вентилей и задвижек.
2. Рукоятки кранов.

Глава X. Допуски и посадки в трубопроводной арматуре.
1. Допуски и посадки цилиндрических сопряжений.
2. Размерные цепи в трубопроводной арматуре.
3. Допуски на резьбы.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АРМАТУРЫ.

Глава I Затворы.
1. Основы гидравлики трубопроводов, оснащенных затворами
2. Потеря напора в затворах.
3. Гидравлическое сопротивление арматуры.

Глава II Регулирующие клапаны.
1. Пропускная способность регулирующего клапана.
2. Расходные характеристики плунжеров.
3. Расчет и построение профилей плунжеров.
4. Дроссельные вентили.
5. Шланговые клапаны.
6. Гидравлические характеристики затворов.
7. Смесительные клапаны.

Глава III Предохранительные клапаны.
1. Введение.
2. Рычажно-грузовые малоподъемные предохранительные клапаны.
3. Пружинные малоподъемные предохранительные клапаны.
4. Полноподъемные предохранительные клапаны.
5. Предохранительные клапаны с импульсным управлением
6. Отсечная арматура.

Глава IV. Конденсатоотводчики.
1. Условия работы конденсатоотводчика.
2. Расчет конденсатоотводчиков с механическим затвором.

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ АРМАТУРЫ

Глава I. Плотные соединения.
1. Классификация плотных соединений.
2. Условия, обеспечивающие плотность соединений.
3. Влияние различных факторов на плотность соединения в замках затворов.
4. Удельные давления на уплотняющих кольцах.
5. Классификация затворов по степени плотности.

Глава II. Сальники.
1. Общие сведения.
2. Усилие, необходимое для затяжки сальниковой набивки.
3. Сила трения между сальниковой набивкой и шпинделем.

Глава III. Сильфоны.
1. Усилие, создаваемое сильфоном.
2. Долговечность сильфонов.

Глава IV. Потери на трение в передачах.
1. Винтовая передача.
2. Зубчатая передача.
3. Червячная передача.
4. Цепная и карданная передачи.
5. Подшипники и подпятники.

Глава V. Силовой расчет вентилей.
1. Определение усилий на шпинделе, необходимых для управления вентилем.
2. Моменты на маховике, необходимые для управления вентилем.

Глава VI. Силовой расчет регулирующих и предохранительных клапанов.
1. Регулирующие клапаны.
2. Регуляторы давления.
3. Предохранительные клапаны.

Глава VII. Силовой расчет задвижек.

1. Условия работы задвижек.
2. Силы, действующие на клин задвижки
3. Расчет усилий, необходимых для перемещения клина при одностороннем самоуплотнении.
4. Расчет усилий, необходимых для перемещения клина при одностороннем уплотнении с поджатием.
5. Расчет усилий, необходимых для перемещения клина при односторонней гарантированной плотности.
6. Расчет усилий, необходимых для перемещения клина при двусторонней гарантированной плотности.
7. Расчет усилий, необходимых для перемещения дисков в параллельной задвижке с клиновым распором.
8. Моменты на маховике, необходимые для управления задвижками.

Глава VIII. Силовой расчет кранов.
1. Расчет конусных (пробковых) кранов
2. Расчет шаровых кранов.

Глава IX. Силовой расчет поворотных заслонок
1. Действующие моменты.
2. Определение моментов.

Глава X. Силовой расчет приводов арматуры.
1. Требования, предъявляемые к приводам арматуры.
2. Скоростные характеристики арматуры.
3. Силовые характеристики арматуры.
4. Силовой расчет электроприводов.
5. Силовой расчет поршневых приводов.
6. Силовой расчет мембранных приводов с резиновой мембраной.
7. Силовой расчет мембранных приводов с металлической мембраной.
8. Расчет электромагнитных приводов.
9. Расчет пружин сжатия.

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ АРМАТУРЫ НА ПРОЧНОСТЬ

Глава I. Режим работы детален арматуры.
1. Силовой режим работы деталей арматуры.
2. Температурный режим работы деталей арматуры.

Глава II. Корпуса и крышки.
1. Расчет сферических стенок.
2. Расчет цилиндрических стенок
3. Расчет стенок фасонных деталей.
4. Расчет корпусов вентилей.
5. Расчет корпусов задвижек.
6. Расчет крышек.
7. Расчет стоек.
8. Запасы прочности и допускаемые напряжения.

Глава III. Фланцевые соединения.
1. Задачи расчета фланцевых соединений.
2. Расчет усилия, необходимого для затяга прокладки.
3. Расчет на прочность болтов и шпилек.
4. Расчет фланцев по допускаемым напряжениям.
5. Расчет фланцев по предельным нагрузкам.

Глава IV. Общие детали арматуры.
1. Расчет шпинделей.
2. Расчет ходовых гаек.
3. Расчет крышек и шпилек сальника.

Данное издание размещено исключительно в целях ознакомления. Администрация сайта рекомендует обратиться к автору или изданию за приобретением полноценной версии издания

Источник

Выбор и расчёт шарового крана

Шаровые краны предназначены для использования в качестве запорной арматуры для воды (масла, нефти, сухого газа, пара). Шаровые краны не могут быть использованы в качестве регулирующих устройств.

Принимаем шаровой кран Х2777 – из нержавеющей стали, полнопроходной, с внутренней резьбой.

Потери давления в шаровом кране:

(4.11)

Таблица 4.6. Характеристики шарового крана Х2777

DN kv, м 3 /ч Масса, кг
мм дюймы
1/2 0,340
3/4 0,470
0,790
1 1/4 1,250
1 1/2 1,750
2,500
2 1/2 6,460

Потери давления в расчётной ветви 1-го этажа:

(4.12)

Расчет стояков

Гидравлический расчет стояков производится аналогично п. 4.1.1.

Таблица 4.7. Гидравлический расчет стояков

№ участка Q, Вт G, кг/ч l, м d, мм V, м/с R, Па/м Rl, Па z, Па Rl+z, Па
S

Таблица 4.8. Коэффициенты местных сопротивлений

№ участка Диаметр участка, мм Наименование местного сопротивления Количество, шт ξ ∑ξ

Выбор и расчёт клапанов серии MSV

Подбор запорного клапана MSV-M

Диаметр клапана принимается по диаметру стояка, на котором он устанавливается. Потеря давления на клапане должна быть настолько низкой, насколько это возможно (клапан устанавливается в полностью открытом положении).

Перепад давления ΔPMSVM на клапане выбранного размера может быть определён либо с помощью диаграммы (рис.7, стр.36 [10] или прил. 8) либо по формуле:

(4.13)

где — расход на участке, где устанавливается клапан MSV-M, м 3 /ч;

Принимаем клапан по диаметру стояка. Поскольку клапан устанавливается в полностью открытом положении, то на вертикальной шкале для клапана DN, равном диаметру стояка, принимаем значение предварительной настройки, равной «3,2». Это значение соответствует полностью открытому клапану. От этого значения проводим горизонтальную линию до пересечения со шкалой kv, после чего соединяем прямой линией полученную точку на шкале kv с точкой на шкале расхода Q, соответствующей значению расчётного расхода теплоносителя через участок, на котором устанавливается данный клапан. При пересечении этой прямой со шкалой ΔPv, получим значение, соответствующее потере давления ΔPMSVM на клапане MSV-M, либо, зная значение kv, определить потери давления на клапане по формуле (4.13).

Подбор ручного клапана с предварительной настройкой MSV-I

Потери давления в клапане MSV-I определяются аналогично потерям давления в клапане MSV-M.

(4.14)

где — расход на участке, где устанавливается клапан MSV-I, м 3 /ч;

Потери давления на стояках вместе с запорно-регулирующей арматурой:

(4.15)

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Полнопроходная арматура

Один из параметров запорной арматуры (в соответствии с ГОСТ 28338-89 «Соединения трубопроводов и арматуры. Проходы условные (размеры номинальные). Ряды»). – номинальный размер (условный проход).

Часто под номинальным размером (условным проходом) понимают параметр, который применяют в трубопроводных системах в качестве характеристики соединений трубопроводов, арматуры и фитингов.

Номинальный размер (условный проход) не имеет единицы измерения и примерно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, который измеряют в миллиметрах, а в запорной арматуре – внутреннему диаметру присоединяемых концов.

Номинальный размер (условный проход) указывают с помощью обозначения DN и числового значения (выбранного из ряда, указанного в ГОСТ 28338-89). Например, номинальный размер (условный проход) 400 обозначают как DN 400.

Допускается применять обозначение условного прохода (номинального размера) Dy в арматуре и соединениях трубопроводов, производство которых освоено до введения в действие стандарта ГОСТ 28338-89 (дата введения 01.01.91).

Условный проход обозначается Dy, например, условный проход 200 мм выражается как Dy 200.

Исходя из необходимости обеспечения минимального гидравлического сопротивления конструктивных и соображений определяются внутренние размеры проходов в запорной арматуре.

От условий эксплуатации и характера транспортируемого продукта зависят особые требования, предъявляемые к проходному сечению арматуры.

В соответствии с ГОСТом 24856-81 проходная арматура определяется как «промышленная трубопроводная арматура, в которой рабочая среда не изменяет направление своего движения на выходе по сравнению с направлением ее на входе».

Особенно большое значение в этом случае имеет правильность выбора проходного канала арматуры, когда трубопровод, где она смонтирована, периодически подвергается внутренней очистке скребками. Трубопроводную арматуру по форме и сечению проходного канала можно разделить на две группы: с полностью и частично открывающимися каналами.

Рассмотрим несколько определений термина «полнопроходная арматура»:

1. Арматура (проходная, ГОСТ 24856-81), у которой площадь сечения затвора равна или больше площади входного патрубка. Она характеризуется очень незначительным гидравлическим сопротивлением и обусловливает минимальную турбулентность потока.

2. Арматура, у которой площади сечений проточной части равны или больше площади отверстия входного патрубка (ГОСТ Р 52720-2007 «Арматура трубопроводная. Термины и определения»)

3. Арматура, способная пропускать в открытом положении сферу или геометрическое тело того же диаметра.

4. Арматура с диаметром седла не менее 90 % от номинального внутреннего диаметра выходного патрубка.

В сравнении с полнопроходной полнооткрывающаяся арматура имеет канал, который отличается по площади поперечного сечения или конфигурации от канала трубопровода. К такой арматуре относится большинство клапанов (вентилей), кранов, многие модели задвижек и шаровых кранов, и арматура с проходным каналом в виде трубки Вентури.

Целесообразно применение этого вида арматуры в том случае, когда повышенный перепад давления, который связан с уменьшением сечения проходного канала в сравнении с сечением присоединительных концов, не влияет на эксплуатационный режим газопровода.

Полнопроходная арматура меньше полнооткрывающейся, она загрязняется механическими частицами, содержащимися в газе, и способствует беспрепятственному прохождению скребков, шаров и прочих очистных устройств.

Некоторые клиновые и параллельные задвижки, большинство шаровых и многие модели конусных кранов выпускаются полнопроходными.

Задвижки, имеющие седло в размер диаметра трубопровода, бывают полнопроходными.

Полнопроходные и неполнопроходные краны

Полнопроходными могут изготавливаться стальные шаровые краны, когда диаметры отверстий в присоединительных патрубках не сужаются.

Неполнопроходные шаровые краны, у которых диаметры отверстий в шаре меньше диаметра отверстий во фланце применяются с целью экономии металла и снижения усилий и моментов, необходимых для управления арматурой.

Часто неполнопроходные шаровые краны в отличие от полнопроходных имеют больший коэффициент гидравлического сопротивления.

Полнопроходные шаровые краны

Рассмотрим цельносварной шаровой кран полнопроходной и неполнопроходной давлением 1,6 МПа под приварку диаметром 200 мм. Обозначение полнопроходного шарового крана – 11с67пЦП Ду 200, неполнопроходного – 11с67пЦП Ду 200/150 (сужение доходит до диаметра 150 мм).

Пропускная способность (kv) полнопроходного крана равна 2720, а масса составляет 44,7 кг. В то же время масса неполнопроходного крана значительно ниже (составляет 34,1 кг), но при этом падает пропускная способность (kv) – 1830.

Часто на цене последнего сказывается снижении массы крана, она значительно ниже, чем у полнопроходного (порой почти 2 раза).

Таким образом, полнопроходные краны имеют преимущество в коэффициенте гидравлического сопротивления (когда нет потери напора, меньше нагрузка на запорный орган). Это обозначает долговечность. У неполнопроходных кранов уменьшаются необходимые для управления усилия, а также цена изготовления за счет снижении веса и сокращения габаритов.

Неполнопроходной шаровой кран: как правило, сужение прохода в шаровом кране выполняется с обеих сторон симметрично, но может быть выполнено и несимметрично, а это является недостатком, ведь при этом шаровой кран такой конструкции необходимо на трубопроводе устанавливать более пологим конусом в сторону движения рабочей среды, а шаровой кран с симметричным сужением можно устанавливать любой стороной к направлению потока.

Строительная длина, коэффициент полнопроходности и величина перекрытия – основные конструктивные параметры.

Коэффициент полнопроходностиотношение фактической площади живого сечения прохода крана к площади условного прохода. Выражается следующей формулой:

f= 4Fф/пD2у,

фактическая площадь живого проходного сечения крана;

диаметр условного прохода.

Очень большое значение имеет выбор и назначение коэффициента полнопроходности, т. к. от него во многом зависят габариты и гидравлические характеристики крана, строительная длина, надежность и долговечность конструкции.

Для жидких сред в практике арматуростроения часто применяют полнопроходные конструкции с коэффициентом полнопроходимости, равным или близким единице.

Допускается для газообразных сред f больше или равно 0,7. Уменьшить габаритные размеры конструкции можно, уменьшая коэффициент полнопроходности.

При уменьшении площади окна прохода размеры самого окна также уменьшаются, а в следствие этого уменьшаются высота корпуса и пробки и средний диаметр, сокращаются габариты и вес, и необходимые для управления краном усилия уменьшаются, но при этом возрастает коэффициент гидравлического сопротивления крана.

При выборе коэффициента полнопроходности главное решить, что технически и экономически эффективнее: получить экономию материала (если потеря напора не имеет существенного значения) или на изготовление затратить больше материала и получить арматуру с минимальным коэффициентом гидравлического сопротивления.

Важно иметь в виду, что скорость движения среды в районе сужения при значительном сужении прохода стремительно увеличивается (неразрывность потока). Таким образом, усиление явления эрозии может повлечь за собой и сократить надежность и долговечность рабочего крана в качестве запорного органа.

Отличия стандартнопроходного и полнопроходного шаровых кранов

К полнопроходным относят краны с диаметром прохода (отверстия в шаре), равным номинальному диаметру трубопровода.

Преимущество таких кранов заключается в низком уровне гидравлических потерь, когда рабочая среда не создает давления и проходит через отверстие без сопротивления.

Диаметр прохода у стандартнопроходных кранов меньше условного диаметра трубы на 10 % (и более).

Коэффициент гидравлического сопротивления у неполнопроходных кранов существенно выше, при этом незначительно отличается пропускная способность.

Разница в применении

Шаровые краны со стандартным проходом стоят дешевле, потому что имеют меньшие габариты, а также менее затратны в производстве. Они отлично подходят для трубопроводов, когда напор воды не критичен.

Краны с полным проходом целесообразно устанавливать в таких системах, где нужно снизить гидравлическое сопротивление.

Диаметр выходного отверстия шара неполнопроходного шарового крана меньше диаметра трубопровода на один или несколько типоразмеров. Такие шаровые краны имеют больший коэффициент гидравлического сопротивления, чем полнопроходные, но в них ниже вероятность возникновения гидравлического удара из-за слишком быстрого перекрытия рабочей среды.

Применение неполнопроходных кранов обеспечивает уменьшенную стоимость изготовления за счет сокращения металлоемкости, а также снижение усилий и моментов, необходимых для управления арматурой.

Источник

Читайте также:  Змз 405 открутить гбц