Задвижка клиновая с выдвижным шпинделем с электроприводом из легированной стали

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский Государственный Университет Кафедра прикладной механики Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу «Прикладная механика»

Задвижка клиновая с выдвижным шпинделем с электроприводом из легированной стали

Руководитель

Мартыненко Н.Е.

Автор проекта

Студент группы Э-291

Тимиргалиев В.А.

Челябинск 2006 г.

АННОТАЦИЯ

Тимиргалиев В.А. Задвижка клиновая с выдвижным шпинделем с электроприводом из легированной стали – Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2006, 44с. Библиография литературы – 5 наименований. 1 лист чертежа ф. А1, 2 листа спецификации.

При изучении конструкционных материалов трубопроводной арматуры была выбрана задвижка и соответствующие для нее материалы, пригодные для эксплуатации при заданных условиях. Проведённые силовые расчёты подтвердили правильность выбора материала шпинделя. Основной задачей данной работы является ознакомление с основными терминами и понятиями трубопроводной арматуры.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Терминология и классификация

1.1 Основные термины

1.2 Типы арматуры и их конструктивные разновидности

2. Основные эксплуатационные параметры давления

2.1 Условные, рабочие и пробные давления

2.2 Условные обозначения и маркировка арматуры

3. Основные монтажные параметры арматуры

4. Материалы, применяемые для деталей арматуры

4.1 Чугуны

4.2 Стали

4.3Цветные металлы и сплавы

4.4 Неметаллические конструкционные материалы

4.5 Сплавы для наплавки уплотнительных колец

4.6 Прокладочные материалы

4.7 Набивочные материалы

4.8 Смазки

5. Выбор прототипа задвижки

5.1 Корпусные детали

5.2 Выбор клина и уплотнительных колец

5.3 Выбор сальникового узла

5.4 Выбор ходового узла

6. Управление арматурой с помощью электропривода

7. Задвижки

8. Силовой расчёт задвижки

8.1 Определение наибольших значений осевого усилия и крутящего момента

8.2 Расчётное определение среднего диаметра резьбы шпинделя и её основных параметров

8.3 Расчёт на прочность винтовой передачи шпиндель-гайка

8.3.1 Расчёт шпинделя на прочность

8.3.2 Расчёт шпинделя на устойчивость (проверочный расчет)

8.4 Расчёт узла сальникового уплотнения

8.4.1 Определение усилия затяжки сальника

8.4.2 Расчет на прочность шпилек и крышки сальника

Заключение

Литература

Приложения

1 Графическая часть на 1 листе ф. А1

2 Спецификации на 2 листах, ф. А4

ВВЕДЕНИЕ

В данной работе приведены основные сведения о трубопроводной арматуре, её основные термины и классификация, типы и конструктивные разновидности. Описаны материалы, используемые для изготовления и футеровки частей задвижек, вентилей, кранов, клапанов и т.д. По данным рабочим параметрам выбрана соответствующая задвижка, описаны её конструктивные особенности и выполнены расчёты её основных элементов.

1. ТЕРМИНОЛОГИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1 Основные термины

В арматуростроении, так же как и в других отраслях промышленности, используются технические термины, отражающие специфику этой отрасли. К настоящему времени некоторые из них уже широко применяются, другие еще нуждаются в уточнениях и проверке практикой. Так, например, назрела необходимость термины «условный» и «условное» везде заменить на «номинальный» и «номинальное». Непрерывное расширение сферы применения арматуры вызывает появление новых терминов и определений.

Трубопроводной арматурой называют устройства, монтируемые на трубопроводах, котлах, аппаратах, агрегатах, емкостях и других установках, предназначенные для управления потоками сред путем отключения трубопроводов или их участков, агрегатов, аппаратов и т. п., распределения потоков по требуемым направлениям, регулирования различных параметров среды (давления, расхода, состава, температуры и т. п.), выпуска среды по требуемому направлению и т. д. Управление потоком производится путем изменения проходного сечения в рабочем органе арматуры.

Трубопроводную арматуру можно разделить на промышленную, сантехническую и лабораторную. Промышленная арматура может быть общего назначения и специальной – для особых условий работы. Арматурой общего назначения называется арматура, используемая в различных отраслях народного хозяйства.

По области применения арматуру подразделяют на пароводяную, газовую, нефтяную, энергетическую, химическую, судовую и резервную. Подавляющее количество конструкций арматуры устанавливается на трубопроводах и значительно меньшая часть монтируется непосредственно на котлах, аппаратах, установках, агрегатах и пр.

По принципу управления и действия арматура может быть управляемой и автоматически действующей (автономной). Управляемой называется арматура, рабочий цикл которой выполняется по соответствующим командам в моменты, определяемые рабочими условиями, обстановкой или приборами.

Управляемая арматура подразделяется на арматуру с ручным приводом, с механическим (электрическим, пневматическим, гидравлическим, электромагнитным) приводом и арматуру под дистанционно расположенный привод. Арматура с ручным приводом управляется вращением маховика (или рукоятки), насажанного на шпиндель или ходовую гайку непосредственно либо передающего движение через редуктор. Приводная арматура снабжена приводом, установленным непосредственно на ней и действующим от постороннего источника энергии или при помощи энергии рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу.

Приводная арматура может быть снабжена электроприводом, электромагнитным приводом, исполнительным электрическим механизмом, мембранным, поршневым или сильфонным пневмо- или гидроприводом.

Арматура под дистанционно расположенный привод управляется приводом (механическим или ручным), который устанавливается отдельно от арматуры и соединяется с ней передачей, состоящей из валов, подшипников, зубчатых колес или тросов.

Автоматически действующей, или автономной, называется арматура, управление и рабочий цикл совершается только действием рабочей среды без каких-либо посторонних источников энергии.

Автоматически действующая (автономная) арматура (обратные клапаны, предохранительные и перепускные клапаны, регуляторы давления, регуляторы уровня, конденсатоотводчики) срабатывает под действием сил, создаваемых давлением самой рабочей средой.

По функциональному назначению арматура подразделяется на следующие основные классы: запорная, регулирующая, распределительная, предохранительная, защитная, фазоразделительная.

Запорная арматура предназначена для перекрытия потока среды. Она имеет наиболее широкое применение и по количеству применяемых единиц составляет обычно около 80% всего количества применяемых изделий. К запорной арматуре относят и пробно-спускную или контрольно-спускную арматуру, используемую для проверки уровня жидкой среды в емкостях, отбора проб, выпуска воздуха из верхних полостей, дренажа и т. д.

Регулирующая арматура предназначена для регулирования параметров рабочей среды (давления, температуры и т. п.) посредством изменения ее расхода. В состав регулирующей арматуры входят регулирующие клапаны, регуляторы давления и регуляторы уровня, регулирующие вентили. К регулирующей арматуре относится и дроссельная (дросселирующая) арматура, предназначенная для значительного снижения давления среды и работающая в условиях больших перепадов давления.

Распределительная арматура предназначена для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям.

Предохранительная арматура предназначена для предотвращения аварийного повышения давления в обслуживаемой системе или объекте путем автоматического выпуска избыточного количества среды. К предохранительной арматуре относятся предохранительные клапаны, импульсные предохранительные устройства и мембранные разрывные устройства.

Защитная (отсечная) арматура предназначена для защиты оборудования от аварийных изменений параметра среды (давления, направления потока) путем отключения обслуживаемой линии или участка. К защитной арматуре относятся быстродействующие отсечные клапаны, задвижки и краны, обратные клапаны и отключающие устройства. Различие между предохранительной и защитной арматурой заключается в том, что при возникновении аварийного состояния параметра среды предохранительная арматура открывается для выпуска среды, а защитная закрывается, отсекая защищаемый участок от остальной части трубопровода.

Фазоразделительная арматура служит для автоматического разделения различных фаз рабочей среды (воды и пара). Представителями фазоразделительной арматуры являются конденсатоотводчики, предназначенные для автоматического вывода из обслуживаемого объекта (системы, установки, аппарата, агрегата) конденсата, образующегося в теплопотребляющих установках или, например, при прогреве паропровода. К фазоразделительной арматуре условно относят также воздухоотводчики (вантузы) и маслоотделители.

Помимо основных классов арматуры можно выделить следующие промежуточные: запорно-регулирующая, смесительная, пробно-спускная.

По материалу корпусных деталей арматура подразделяется на стальную (из углеродистой стали), из коррозионно-стойкой стали, титана, чугунную (из серого чугуна), из ковкого чугуна, цветных металлов, пластмасс и керамики (фарфор). Выделяют арматуру чугунную с защитным коррозионно-стойким покрытием (резина, пластмасса, эмаль).

По конструкции корпуса арматура подразделяется на проходную и угловую. В проходной арматуре среда не изменяет направления своего движения на выходе по сравнению с направлением на входе, в угловой направление изменяется обычно на 90°. Проходная арматура обычно устанавливается на прямолинейных участках трубопровода, угловая – в местах его поворота.

В зависимости от конструкции присоединительных патрубков арматура подразделяется на фланцевую, муфтовую, цапковую, штуцерную и под приварку. Фланцевая арматура имеет фланцевые присоединительные патрубки, муфтовая – муфтовые присоединительные патрубки с внутренней резьбой. Арматура для канализационных сетей может иметь муфтовые патрубки без резьбы (раструбы). В этом случае зазоры, образовавшиеся при соединении патрубков, уплотняются соответствующим материалом (цемент, резина). Цапковая и штуцерная арматура имеют соответственно цапковые или штуцерные присоединительные патрубки с наружной резьбой. Арматура под приварку имеет присоединительные патрубки, предусмотренные для приварки к трубопроводу.

Управление арматурой осуществляется с использованием деталей (шпинделей, штоков), образующих подвижное соединение в крышке или корпусе. Это подвижное соединение должно быть герметизировано по отношению к внешней среде, В зависимости от способа герметизации арматура подразделяется на сальниковую, сильфонную, мембранную и шланговую.

Сальниковой называется арматура, в которой герметичность сопряжения подвижной детали с неподвижной в крышке или корпусе по отношению к внешней среде обеспечивается сальниковым устройством.

В силъфонной арматуре герметичность подвижного сопряжения по отношению к внешней среде обеспечивается сильфоном. Некоторые конструкции арматуры могут иметь дублирующий сальник с целью повышения надежности и безопасности работы.

Мембранной называется арматура, в которой герметичность подвижного сопряжения по отношению к внешней среде обеспечивается мембраной. В некоторых конструкциях мембрана является одновременно и затвором. Такая арматура получила название диафрагмовой, что, однако, нельзя считать обоснованным, поскольку в технике (например, в гидравлике, оптике, автомотостроении и т. д.) диафрагмой называется перемычка в виде стенки с отверстием.

В шланговой арматуре регулирование и отключение потока среды осуществляется пережатием эластичного шланга. Шланг обеспечивает герметичность всей внутренней полости арматуры по отношению к внешней среде.

В зависимости от характера воздействия на арматуру различают: рабочую среду (рабочее давление), транспортируемую по трубопроводу, обслуживаемому арматурой, командную среду (командное давление), используемую для передачи командных сигналов, необходимых для управления приводами арматуры, управляющую среду (управляющее давление), применяемую как источник энергии в пневмо- и гидроприводах арматуры, и окружающую среду (окружающее давление), или внешнюю среду (внешнее давление).

Управление потоком рабочей среды в арматуре осуществляется с помощью рабочего органа (запорного, регулирующего, смесительного или распределительного), состоящего из затвора и седла. Затвор представляет собой деталь или конструктивно объединенную группу деталей, перемещающуюся или поворачивающуюся с помощью шпинделя или штока относительно седла корпуса.

Арматура с приводом, снабженным силовой пружиной, подразделяется по виду действия на нормально открытую (НО) и нормально закрытую (Н3). В нормально открытой арматуре при прекращении подачи управляющей энергии в привод клапан открывается, в нормально закрытой - закрывается.

Не все конструкции арматуры могут нормально работать, будучи смонтированы в любом положений. В связи с этим по способу расположения различается арматура, допускающая установку: только на горизонтальных трубопроводах в вертикальном положений шпинделем или крышкой вверх; на горизонтальных и вертикальных трубопроводах в любом положении и только на вертикальных трубопроводах.

Для некоторых конструкции арматуры (предохранительные клапаны, обратные клапаны, регуляторы давления, конденсатоотводчики и др.) строго обусловлено направление движения среды, для других (задвижки, краны, шланговая арматура, мембранная арматура) движение среды может быть в любом направлении.