Как работает задвижка с невыдвижным штоком?

Задвижки — одно из наиболее часто используемых устройств для управления перекрытием-переключения трубопроводной среды в области арматуростроения. Когда вертикальное перемещение штока клапана ограничено пространством для установки или подземными трубопроводами, инженеры обычно выбираютзадвижка с невыдвижным штоком. Такая конструкция удерживает стержень клапана в осевом положении во время вращения и приводит в движение диск затвора вверх и вниз посредством резьбовой передачи, при этом стержень клапана не выступает наружу. На основе стандарта ASME B16.34 и технической литературы отМир клапановжурнале, в этой статье подробно описаны принцип его работы, ключевые параметры и сравнение выбора типа.

 

1. Основной принцип работы: вращение заменяет подъем.

Отличие от обычногоподнимается ине поднимающаяся задвижкаНевыдвижная конструкция штока фиксирует гайку штока внутри крышки. Во время работы маховик или привод приводит шток клапана во вращение. Внешняя резьба стержня клапана входит в зацепление с внутренней резьбой на диске затвора, заставляя диск затвора совершать линейное движение вдоль оси стержня клапана. Благодаря осевому ограничителю на нижнем конце стержня клапана сам стержень клапана не будет двигаться вверх; он только преобразует крутящий момент в подъемную силу диска затвора посредством вращения.

 

Возьмитечугунная задвижка с невыдвижным штокомНапример, для класса давления DN150 и PN16: шток клапана имеет трапециевидную резьбу (Tr28×5) с шагом 5 мм. Один полный оборот маховика поднимает диск ворот на 5 мм. Для полного хода открытия требуется подъем на 50 мм из закрытого положения, поэтому маховику требуется 10 полных оборотов. Общая высота клапана составляет всего 385 мм, в то время как высота задвижки с выдвижным штоком той же спецификации превышает 550 мм -, это основное преимущество невыдвижной конструкции в подземных колодцах или в помещениях с низким машинным помещением.

 

2. Ключевые компоненты и параметры материала.

Надежностьзадвижка с невыдвижным штокомзависит от трёх точно подогнанных компонентов:

• Корень: Обычно изготавливается из нержавеющей стали 2Cr13 (твердость HRC28~32) или дисперсионно-твердеющей стали 17-4PH (прочность на разрыв не менее 1000 МПа). Поверхность резьбы должна быть обработана никель-фосфорным покрытием или азотированием толщиной 0,05–0,10 мм для предотвращения износа, вызванного повторным вращением.
• Ворота: Эластичный клиновой затвор или параллельный двойной затвор. Допуск угла клина контролируется в пределах ±0,2 градуса, чтобы обеспечить усилие прижима к уплотняющей поверхности седла клапана, превышающее или равное 4,0 МПа (класс PN25).
• Штоковая гайка: Изготовлен из алюминиевой бронзы (C95400) или литой латуни с твердостью HB выше или равной 150. Зазор фитинга между внутренней резьбой и резьбой штока клапана составляет 0,10–0,25 мм для предотвращения заклинивания, вызванного проникновением пыли.

 

3. Специальные варианты конструкции невыдвижного штока.

3.1 Невыдвижная шиберная задвижка

Он применяется к частицам,-содержащим шлам, например пульпе и хвостам. Нижний край воротного диска имеет конструкцию резки под острым углом (угол клина 30–45 градусов), которая может отрезать волокна или твердые частицы при закрытии. В проточном канале корпуса клапана нет канавки, чтобы избежать осаждения среды. Например, толщина шиберной задвижки ножевой задвижки DN200 составляет всего 8 мм, однако ее срезывающая сила должна достигать 15 кН, чтобы отрезать волокна целлюлозы с концентрацией 8%.

3.2 Задвижка NRS с невыдвижным штоком

NRS — это аббревиатура от «Non-Sising Stem», которая широко используется в противопожарных и водопроводных сетях. Механический индикатор положения оборудован в верхней части штока клапана - кулачком, вращающимся синхронно со штоком. Когда клапан полностью закрыт, кулачок нажимает на микровыключатель и передает электрический сигнал в диспетчерскую. В соответствии со стандартом пожарной безопасности UL 262, когдаЗадвижка с невыдвижным штоком NRSнаходится в полностью открытом положении, обратный поворот маховика не должен составлять менее 1/4 круга в качестве подтверждения отсутствия-блокировки.

 

4. Сравнение: выдвижная и невыдвижная задвижка

Размер сравнения	Задвижка с выдвижным штоком	Задвижка с невыдвижным штоком
Движение штока	Вращение + осевое перемещение	Только вращение
Зазор для установки	Зарезервированная высота, необходимая для выдвижения штока	Зазор должен соответствовать диаметру маховика.
Индикация открытия и закрытия	Видимая длина удлинения штока невооруженным глазом	Требуется внешний индикатор или счетчик поворотов
Применимые носители	Чистая вода, масло, пар	Песок-содержащий воду, грязь, коррозионную жидкость (резьба штока не контактирует со средой)
Фокус на техническое обслуживание	Уплотнение сальника	Смазка резьбы штока

Типичное применение: Для ремонтной арматуры в трубопроводах подземного водоснабжения с глубиной камеры всего 1,2 метра. Еслиподнимающаяся и не поднимающаяся задвижкаустановлен подъемный шток, шток DN300 выдвигается дополнительно на 420 мм при полном открытии, что делает невозможным работу обслуживающего персонала без повреждения крышки люка. Напротив, тип с невыдвижным штоком имеет общую высоту всего 580 мм, оставляя достаточное рабочее пространство.

 

5. Общие проблемы и решения

Распространенная проблема 1: Как определить фактическое открытое-закрытое положение задвижки с невыдвижным штоком

Поскольку шток не виден, операторы не могут напрямую судить, полностью открыт ли клапан, частично открыт или полностью закрыт. Длительное-использование записи кругов вращения маховика может привести к неполному закрытию или повреждению из-за превышения-крутящего момента из-за забвения или неправильной эксплуатации.

 

Решения:

• Счетчик хода: Установлен между маховиком и крышкой. Внутренний зубчатый ряд преобразует окружности вращения стержня клапана в указательный угол. Например, в продукции некоторых брендов одному полному обороту указателя соответствует 50 оборотов, а за полный ход в 10 оборотов указатель отклоняется на 72 градуса с точностью до ±0,5 круга.
• Верхний-концевой выключатель: На верхней части стержня клапана выполнены осевые канавки. Когда диск ворот достигает полностью закрытого или полностью открытого положения, край канавки нажимает бесконтактный переключатель пружинного сброса (расстояние срабатывания менее или равно 2 мм) и выводит сигналы сухого контакта на РСУ или местные индикаторы.
• Ультразвуковое определение положения клапана: Установить ультразвуковые датчики на внешнюю стенку корпуса клапана. Используя разницу акустического импеданса между диском затвора и корпусом клапана (разница скоростей звука между воздухом и металлом составляет около 4 раз), можно определить диапазон эхосигналов без разборки клапана, что подходит для проектов реконструкции.

 

Распространенная проблема 2: почему задвижка с невыдвижным штоком склонна к заклиниванию при работе с паром при высокой- температуре

Химический завод сообщил, что DN80 PN40задвижка с невыдвижным штокомустановленный на трубопроводе насыщенного пара с температурой 200 градусов, через 3 месяца эксплуатации не смог провернуть маховик. Проверка распада выявила смесь черной ржавчины и графитового порошка, отложившуюся между резьбой штока и резьбой затвора, с износом профиля резьбы 30%.

 

Анализ причин:

Высокая температура вызывает разницу температурного расширения между штоком и диском ворот (коэффициент линейного расширения 2Cr13: 10,5×10⁻⁶/градус; коэффициент линейного расширения чугунной задвижки: 11,5×10⁻⁶/градус), уменьшая боковой зазор резьбы с 0,15 мм до 0,02 мм и разрывая смазочную пленку при экструзии.

Растворенный в паре кислород ускоряет окисление поверхности резьбы при высокой температуре, образуя рыхлый гранулированный Fe₃O₄ (магнетит), который попадает в зазор резьбы и вызывает абразивный износ.

 

Решения:

• Используйте жаростойкую-смазку: нанесите на поверхность трапециевидной резьбы сухую пленочную смазку MoS₂, применимую при температуре от −200 до 400 градусов, уменьшив коэффициент трения с 0,15 до 0,06. Повторно наносите через каждые 200 часов работы или 200 циклов открытия-закрытия.
• Увеличьте зазор резьбового фитинга: обновите резьбовую посадку класса 2G, рекомендованную стандартом ASME B1.5, до класса 3G (зазор увеличен на 0,05–0,10 мм). Между тем, замените трапециевидную резьбу опорной резьбой (угол давления 30 градусов), которая обеспечивает более высокую прочность корня и меньшее накопление оксидов.
• Модернизация уплотнения из металла-в-металл: замените мягкое седло (ПТФЭ, термостойкость не более 230 градусов) на седло клапана с твердым покрытием из стеллита 6, с твердостью поверхности уплотнения HRC 40–45, способное выдерживать высокие температуры до 425 градусов без размягчения. Следует отметить, что скорость утечки жесткого уплотнения (Класс А по ISO 5208, 0,1 мм³/с·мм) немного выше, чем скорость утечки мягкого уплотнения (Класс А, 0,01 мм³/с·мм), поэтому в условиях высоких температур допускается небольшая внутренняя утечка.

 

6. Параметры обслуживания и проверки

В соответствии с руководством по эксплуатации и техническому обслуживанию 2023 г.Пользователь клапанамагазине, дляне поднимающаяся ножевая задвижкаи обычные задвижки с невыдвижным штоком:

1. Смазка штока: Впрыскивайте противозадирную смазку на литиевой-основе (класс 2 по NLGI, содержание присадок серы и фосфора не менее 0,5%) через отверстие для впрыска смазки на крышке каждые 6 месяцев или после 500 операций. Давление впрыска смазки не должно превышать 0,3 МПа до тех пор, пока старая смазка не выйдет из сальника.
2. Измерение износа резьбы: Разбирать и проверять один раз в год для измерения среднего диаметра резьбы штока. Замените шток, если потери от износа превышают 5% от первоначального размера (например, исходный делительный диаметр Tr32×6 составляет 29,0 мм, замените, если износ меньше 27,55 мм).
3. Контроль крутящего момента маховика: Нормальный рабочий крутящий момент не должен превышать предельные значения, указанные в Таблице 1 (см. API 600). Если момент закрытия внезапно увеличится более чем на 30%, это может быть вызвано отложением накипи на направляющей ворот или изгибом штока; немедленно прекратите работу для проверки.

Номинальный диаметр клапана (DN)	Максимальный крутящий момент на маховике (Н·м)	Соответствующая действующая сила при плече момента 0,4 м (Н)
50~80	150	375
100~150	300	750
200~300	500	1250

 

Заключение

Отне поднимающаяся задвижкакЗадвижка с невыдвижным штоком NRSСуть его конструкции заключается в реализации подъема диска шибера за счет вращения пары резьб в ограниченном пространстве. При выборе типа необходимо учитывать среднетемпературное содержание твердых частиц и установочный зазор, а также регулярную смазку резьбы и обнаружение износа -, это фундаментальная инженерная практика, обеспечивающая-безотказную работу в течение более десяти лет.