A клинпредставляет собой конический запорный элемент внутри задвижки, который обеспечивает плотный контакт седла клапана, создавая надежное уплотнение от потока жидкости.

I. Основное определение и основная функция клиновых ворот

В промышленной арматуростроенииклинявляется наиболее важным компонентом закрытия задвижки. Он имеет форму конического корпуса с более широкой верхней частью и более узкой нижней частью, а его две уплотнительные поверхности образуют внутренний угол (обычно от 2 до 5 градусов) с седлами клапана в корпусе клапана. Когда шток клапана перемещает клиновой затвор вниз в седла, геометрия клина создает механическое расклинивающее усилие, которое заставляет боковые поверхности затвора плотно прилегать к металлическим седлам клапана, тем самым перекрывая поток в трубопроводе.

 

Если взять в качестве примера клиновые задвижки производства COVALVE-, то посадочная поверхность клина прецизионно-притерта до шероховатости менее Ra 0,4 мкм. В соответствии со стандартами API 600 минимальное удельное давление уплотнения клинового затвора в закрытом положении должно превышать 40 МПа, чтобы обеспечить нулевую утечку в классах давления от класса 150 до класса 2500.

 

II. Три основных конструктивных типа клиновых ворот

Для соответствия различным условиям эксплуатации три основных клиновая задвижка конструкции широко используются в технике:

Твердый клин

Выкованный или отлитый из цельного куска металла, он отличается простой конструкцией и высокой жесткостью. Он подходит для применения при температуре окружающей среды с низкими перепадами давления и в средах, не содержащих твердых частиц, например, в водопроводах и нефтепроводах. Его недостатком является то, что резкие перепады температур в трубопроводе могут вызвать тепловое расширение, в результате чего клиновая задвижка заклинит в седлах клапанов.

 

Гибкий клин

В середине литника вырезана кольцевая или U--образная канавка, обеспечивающая гибкость по окружности. Такая конструкция компенсирует разницу температурного расширения между седлами клапана и затвором, одновременно снижая рабочий крутящий момент при закрытии.

В соответствии сАСМЭ Б16.34По данным, деформацию гибкого клина контролируют в пределах 0,05–0,10 мм при температуре от -29 до 425 градусов, предотвращая заедание.

 

Сплит-клин

Состоящий из двух отдельных затворных дисков, соединенных центральным сферическим или клиновым блоком, он может автоматически выравниваться, что делает его идеальным для паропроводов с высокой-температурой и высоким-давлением или для сред, содержащих незначительные частицы. Зазор между двумя дисками ворот обычно составляет 1–3 мм. Когда шток клапана прикладывает осевую силу, разделенная конструкция расширяется в радиальном направлении, что еще больше увеличиваетуплотнение под давлениемэффект.

 

III. Ключевые технические параметры клиновой конструкции

• Угол клина: Стандартные значения: 2 градуса 52 фута (уклон 5 %) или 5 градусов. Углы менее 2 градусов обеспечивают недостаточную силу расклинивания; углы более 5 градусов вызывают чрезмерный износ при открывании и закрывании.
• Твердость уплотнительной поверхности: Уплотняющие поверхности ворот обычно наплавлены сплавом Stellite 6, твердость которого достигает 40–45 HRC. Седла клапанов имеют наплавку Stellite 21, твердость которой составляет 42–48 HRC. Разнородная пара трения обеспечивает срок службы более 5000 циклов.
• Шероховатость поверхности: Критические зоны уплотнения требуют Ra менее или равного 0,2 мкм, производятся путем шлифования и притирки с коэффициентом площади контакта более или равным 85%.

 

IV. Две наиболее распространенные проблемы и-углубленный анализ

Вопрос 1: Почему клиновые ворота надежнее закрываются, чем параллельные?

Анализ

Параллельные задвижки полагаются на давление жидкости или пружины, которые прижимают задвижку к седлам, тогда как клиновые задвижки используют механическое расклинивающее усилие для активного создания начального удельного давления уплотнения. В условиях низкого-давления (менее или равного 1,0 МПа) параллельные задвижки могут протекать из-за недостаточного посадочного давления. Однако клиновая конструкция может создавать до 70 % требуемого удельного давления уплотнения даже при нулевом давлении среды, при условии, что шток клапана прикладывает достаточную закрывающую силу.

 

В частности,Клиновая конструкция API 600с углом клина 5 градусов преобразует закрывающий момент 200 Н·м в боковое расклинивающее усилие примерно 15 кН, создавая давление на уплотнительную поверхность более 50 МПа -, что намного превышает 10–20 МПа, необходимые для обычных резиновых уплотнений.

 

Вопрос 2. Как выбрать между твердым и гибким клином в зависимости от температуры среды?

 

Анализ

• Постоянная температура среды ниже 200 градусов: A твердый клинявляется предпочтительным. Стабильное тепловое расширение обеспечивает максимальную жесткость, а затраты на производство на 30–40% ниже, чем у разъемных конструкций.
• Частые колебания температуры или температура выше 200 градусов.: A гибкий клинявляется обязательным. Например, в паропроводе Ду150, нагретом от температуры окружающей среды до 350 градусов, коэффициент теплового расширения корпусов клапанов из углеродистой стали составляет примерно 12×10⁻⁶/градус. Поскольку толщина шибера меньше высоты прохода корпуса клапана, разница расширения может достигать 0,2–0,3 мм. Эластичная канавка гибкого клина поглощает эту разницу и предотвращает заедание.

 

Мир клапанов, международный журнал по клапанам, сообщил, что замена твердых клиньев гибкими клиньями в установке гидрирования высокого-давления на нефтехимическом заводе увеличила срок службы-клапанов с 800 циклов до 4500 циклов.

 

Краткое содержание

A клин— это гораздо больше, чем просто конический компонент -, это основной технический элемент, который обеспечивает двунаправленную нулевую утечку в задвижках. Понимание логики выбора между твердым клином и гибким клином, а также таких параметров, как угол клина и твердость, имеет основополагающее значение для обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводных систем.

 

Дополнительную информацию о рекомендуемых конфигурациях клиновых затворов для различных классов давления см. в главе 3 «Руководство по выбору клина» в руководстве по продукту COVALVE.