2 Методика расчёта исполнительных устройств
Расчёты ИУ, серийно выпускаемых арматуростроительной промышленностью, должны выполняться в соответствии со следующими документами: 1) ГОСТ16443 – 70; 2) нормалями ЦКБА НР – 123 – 64; НР –124 –64; 3) каталогами (на регулирующие органы), изданными ЦКБА.
Расчёты по ГОСТ 16443 – 70 по существу не отличаются от расчётов по нормалям ЦКБА, разница состоит в величинах и обозначениях некоторых коэффициентов.
При расчётах ИУ, выполняемых как по ГОСТ 16443 – 70, так и по другим нормативам могут встретиться три варианта задания.
1. ИУ встраивается в существующий или вновь проектируемый трубопровод, но влияние такового на работу РО не принимается во внимание. Этот вариант является наиболее простым и чаще всего встречающимся на практике. Он полностью пригоден, например, при коротких прямых ответвлениях от магистрального трубопровода, причём диаметр последнего больше диаметра трубопровода ответвления. Отказ от учёта влияния трубопровода на работу ИУ допустим, если отношение потерь давления в трубопроводе к потерям давления на ИУ при максимальном расходе среды – не менее 0,25.
2. ИУ встраивается в существующий или вновь проектируемый трубопровод, но влияние последнего на работу РО учитывается при расчёте. Этот вариант характерен для трубопроводов средней или большой длины, имеющих многочисленные местные сопротивления (колена, тройники, сужающие устройства и т.д.). Следует также иметь в виду, что расчёт ИУ без учёта влияния трубопровода средней или большой длины, требует обоснованного выбора допустимой величины перепада давлений на ИУ, без чего работа системы регулирования будет неудовлетворительной.
3. ИУ является частью вновь проектируемой системы подачи данной среды, причём имеется возможность выбирать величину напора, создаваемого источником (например насосом). Наиболее целесообразно производить расчёт и выбор ИУ именно при проектировании соответствующего трубопровода, так как только в этом случае характеристики всей технологической системы (насос, трубопровод и регулирующий орган) могут быть выбраны оптимальными. На практике такой метод расчёта применяется редко, только при проектировании новых крупных объектов.
Гораздо чаще приходится осуществлять расчёты для существующих или ранее спроектированных трубопроводов, когда конструктивные элементы системы уже нельзя изменять, а возможно лишь учитывать или не учитывать таковые при расчёте, что и отражают указанные первый и второй варианты. Поэтому далее будут рассматриваться именно эти два случая. Методика расчёта ИУ, установленного на трубопроводе жидкости, газа или пара для первого варианта приведена в таблице 3 и 4, а для второго – в таблице 5. В таблице 2 перечислены исходные данные, необходимые для выполнения расчётов. К таблицам 2 – 5 даются необходимые пояснения.
3 Конструкции исполнительных устройств
3.1 Двухседельные исполнительные устройства
Данные исполнительные устройства выпускаются с пневматическим или электродвигательным исполнительным механизмом.
Пневматический привод чаще всего имеет мембранно-пружинное исполнение. Двухседельные ИУ, выпускаемые в настоящее время не могут осуществить запорных функций.
Стандарт устанавливает, что пропуск среды через закрытый клапан не должен превышать 0,01 % от величины условной пропускной способности. Стандарт определяет величину нерегулируемой протечки в 0,05 % от максимального коэффициента пропускной способности. Стандарт эту же величину устанавливает в г/мин для каждого диаметра клапана, например для клапана Dу = 100 мм пропуск среды через затвор не должен превышать 700 г/мин, а для Dу = 300 мм –7000 г/мин.
Однако, как показывает эксплуатационная практика, фактический пропуск среды в парах "затвор - седло" (т.е. негерметичность затвора) после 500 – 1000 часов эксплуатации становится значительно выше приведённых цифр.
Это снижение герметичности обусловливается рядом причин: трудностью притирки затворов одновременно к двум сёдлам; неодинаковым износом верхней и нижней затворных пар вследствие неравномерного распределения потока между ними. Если при этом поток содержит абразивные частицы, то неравномерность износа пар резко увеличивается.
Известное влияние на плотность затворной пары оказывает конструкция и материал последней.
1. Пробковые затворные пары – плунжер выполнен в виде параболоида в соответствии со стандартом.
2. Юбочные (или поршневые) – плунжер имеет вид цилиндра с прямыми или фигурными прорезями и отверстиями.
3. Тарельчатые – плунжер имеет плоскую или слегка коническую форму.
По виду материала затворные пары могут быть жёсткими, когда седло и затвор выполнены из металла; или мягкими, когда затвор (а иногда и седло) выполнены из резины, фторопласта, полиэтилена и аналогичного материала.
В случае полного закрытия двухседельного регулирующего клапана один из двух мягких затворов (более плотно прилегающих к седлу) несколько сминается (под действием силы привода) и позволяет второму затвору плотнее сесть в седло.
Двухседельные ИУ, выпускаемые серийно, имеют диаметр от 15 до 300 мм включительно, допустимое давление от 16 до 64 кгс/см 2 (от 1,6 до 6,4 МПа) и предназначены только для чистых или слабозагрязнённых жидкостей, пара или газов, причём коррозийная стойкость ИУ определяется материалами корпуса и затвора.
Наличие у клапана двух сёдел позволяет значительно разгрузить шток (а следовательно и привод) от сил, вызываемых движущейся средой, что существенно улучшает регулировочные характеристики клапана. Тем не менее как при открытом, так и при закрытом клапане на исполнительный механизм действуют достаточно большие силы, обусловленные рядом причин, и, в частности, различными диаметрами верхнего и нижнего затворов (что обуславливается условиями изготовления клапанов).
Схема двухседельного регулирующего органа показана на рисунке 7.
3.2 Односедельные исполнительные устройства
Эти устройства аналогично указанным –3.1, но имеют одно седло. Такая конструкция повышает герметичность клапана, поэтому в практике эксплуатации эти клапаны используются как запорно-регулирующие (хотя заводы-изготовители не всегда подтверждают это). Однако наличие лишь одного седла затрудняет разгрузку подвижной системы клапана, что требует увеличения мощности привода и ухудшает регулировочные характеристики.
При этом необходимо учитывать, что для односедельных клапанов, в отличие от двухседельных, большое значение имеет направление подачи регулируемой среды.
Если движение последней (в сечении седла) направлено от привода, то поток своим статическим давлением будет стремиться прижать затвор к седлу. Кроме того, если степень открытия клапана небольшая (менее 50 %), то на затвор будет действовать гидродинамическая сила потока, под действием которой затвор втягивается в седло, причем по мере уменьшения степени открытия, указанная сила будет увеличиваться.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.