РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА И ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ГИДРОАБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ
КОНТАКТНОГО КОНТУРА ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
2.1. Процессы, происходящие в зоне запорных органов
Основной причиной недостаточного срока службы общепромышленной трубопроводной
запорной арматуры на абразивных гидросмесях является интенсивное местное
изнашивание особенно контактного контура, а также ее проточной части под
воздействием гидроабразивного потока. Из-за его дросселирования в периоды
переключений нижние части контактных поверхностей (КП) седла и шибера (зона
"5", рис. 2.1) омываются с максимальными скоростями.
Рис. 2.1. Схема традиционного исполнения контактного контура шиберной задвижки:
1–корпус, 2–шпиндель, 3–шибер, 4–седло, 5–зона наиболее интенсивного
изнашивания (контактная площадка). Обозначения: – условный диаметр прохода, –
ширина контактной кольцевой поверхности, – конструкционная длина задвижки, –
глубина выемки
Процесс разрушения КП происходит постоянно при прохождении потока гидросмеси
через запорные органы задвижки, т.к. начинается сразу же с началом открывания
проходного канала, продолжается в его открытом положении и заканчивается только
после его полного перекрытия. Некоторые авторы полагают, что он
интенсифицируется также тем, что на эти зоны воздействуют наиболее крупные
частицы, которые смещены к нижней части сечения потока [54, 95]. Поэтому можно
сделать вывод о том, что повышение срока службы задвижек связано с увеличением
ресурса участков контактных поверхностей, расположенных в зонах начала
открывания и конца закрывания запорного органа при их переключениях.
Скорость потока гидросмеси, воздействующего на контактный контур, а,
следовательно, и интенсивность изнашивания последнего в значительной степени
определяются площадью открытого сечения проходного канала седла, через которое
происходит дросселирование потока. При раскрытии контактного контура в нижней
части образуется серпообразное отверстие, площадь которого по мере открытия
увеличивается от нуля до площади проходного отверстия седла. Через это
отверстие проходит основной поток (линии "I") и незначительная часть- через
щель, образованную контактной поверхностью в верхней части седла и выемкой в
шибере. Интенсивность гидроабразивного изнашивания при переключениях может
увеличиваться благодаря совместному воздействию других видов изнашивания [9,
47, 96]. Кавитационный процесс и другие факторы достаточно полно устраняются
известными техническими решениями [98] и, в связи с этим, в дальнейшем не
рассматриваются.
Повышение износостойкости запорного органа, обеспечивается эффективным
конструктивным усовершенствованием (рис. 2.2). Контактную поверхность седла,
как это предусмотрено в задвижках АЗГМ 1,3, смещают относительного проходного
отверстия (эксцентриситет в сторону движения затвора при закрывании). В нижней
части шибера контактная поверхность расширяется за счёт защитного пояска,
ширина которого равна эксцентриситету. Величину эксцентриситета выбирают в
пределах 0,05ё0,2 диаметра проходного отверстия. Этим достигается отклонение
потока гидросмеси от контактных поверхностей запорного органа и снижение
скорости гидросмеси в зоне наиболее активного дросселирования.
Рис 2.2. Запорный орган со смещённым контактным уплотнением относительно
проходного отверстия седла: а–запорный орган шиберной задвижки; б–торец седла с
контактной поверхностью; в–плоскость шибера с контактной поверхностью и
серповидной выточкой
На торцевой поверхности седла 4 сделаны выточки, в результате чего его
контактная поверхность II смещена на удвоенную величину эксцентриситета
относительно проходного отверстия в сторону движения шибера при закрывании.
Ниже контактной кольцевой поверхности I шибера 3 выполнен защитный поясок. При
малых открытиях запорного органа поток гидросмеси в основном воздействует на
поверхности выточки и защитного пояска. От контактных поверхностей седла
основной поток гидросмеси I отклоняется (движение потока показано стрелками),
тем самым уменьшается интенсивность изнашивания этой детали. Кроме того, при
малых открытиях между выточками образуется лабиринтная щель, имеющая большое
гидравлическое сопротивление и снижающая скорость движения потока. Всё это
снижает интенсивность изнашивания контактных поверхностей седла и шибера, их
относительная износостойкость повышается.
Функциональные действия приводной трубопроводной арматуры принято представлять
как последовательное осуществление ею множества рабочих циклов, каждый из
которых состоит из различных этапов, различающихся особенностями взаимодействия
элементов арматуры с потоком гидросмеси и между собой.
Рабочий цикл запорной арматуры составляют следующие периоды [10]:
* закрывание, выражающееся в перемещении приводом затвора из полностью
открытого положения в крайнее закрытое, при котором герметично перекрыт
проходной канал арматуры и обеспечено необходимое совпадение контактных
поверхностей затвора и седла;
* работа в закрытом положении с сохранением герметизации потока гидросмеси вне
зависимости от времени и от перепада давления на затворе в пределах рабочего
давления;
* открывание - это процесс перемещения приводом затвора из крайнего закрытого в
полностью открытое положение;
* работа в открытом положении, когда проходной канал арматуры полностью открыт
для потока среды.
Аналогичны или близки к названным рабочие циклы в предохранительной, обратной
и распределительной арматуре, имеющей затворы в качестве рабочих органов. Во
всей этой арматуре структуру цикла можно представить в следующем виде:
закрывание-закрыто-открывание-открыто,
- Київ+380960830922