Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизации производственных процессов

Курсовая работа

Дисциплина: Конструирование трубопроводной арматуры

Студент: Савельев В.И.

Группа ТЗк-4149с

Преподаватель: Воронов Д.В.

Курган 2011

Содержание

Задание

1. Цели расчета

2. Параметры расчета

3. Устройство клиновой задвижки. Принцип действия

4. Силовой расчет клиновой задвижки

Вывод

Список литературы

1. Цели расчета

В силовом расчете задвижки необходимо определить крутящий момент и усилие на маховике ручного привода, необходимые для управления задвижкой.

2. Параметры расчета

3. Устройство клиновой задвижки. Принцип действия

1. Шпиндель из нержавеющей с накатанной резьбой

2. Клин из ковкого, внутри и снаружи покрыт вулканизированным эластомером (годный для питьевой воды). С устройством слива (опорожнения) воды

3. Направляющие клина выполнены из износостойкого пластика с высокими характеристиками скольжения. Оптимальная конструкция гарантирует мин. трение и истирание и мин. усилия на закрытие.

Гайка клина из латуни, большое превышение требуемой длины резьбы позволяет гарантировать работу при максимально возможных усилиях на скручивание.

Втулка с О-образными сальниками

О-образные сальники из эластомера, установленные в некорродирующие материалы и пригодны для замены под давлением до DN 200

Внутренний резиновый манжет из эластомера (годный для питьевой воды)

Кольцо

Резиновый пыльник из эластомера

Резиновая прокладка из эластомера (годный для питьевой воды)

Болты крышки абсолютно защищены от коррозии заливочной массой и резиновым уплотнением между корпусом и крышкой

Защитное кольцо предотвращает повреждение антикоррозионного слоя при транспортировке

Шайбы скольжения обеспечивают легкое управление шпинделем

1/2 - Корпус (1) и крышка (2) из ковкого чугуна покрыты внутри и снаружи антикоррозионным эпоксидным покрытием

В общем виде конструкция задвижки состоит из корпуса и крышки, образующих полость, в которой находится рабочая среда под давлением и внутри которой помещен затвор (на чертеже справа он клиновой). Корпус имеет два конца для присоединения задвижки к трубопроводу (применяются присоединительные концы фланцевые, муфтовые и под приварку). Внутри корпуса расположены, как правило два седла, параллельно или под углом друг к другу (как на рисунке), к их уплотнительным поверхностям в положении «закрыто» прижимаются уплотнительные поверхности затвора. Затвор перемещается в плоскости, перпендикулярной оси прохода среды через корпус, при помощи шпинделя или штока. Шпиндель с ходовой гайкой образует резьбовую пару, которая при вращении одного из этих элементов обеспечивает перемещение затвора в нужном направлении. Такое решение (см. поясняющий чертёж) наиболее распространено и применяется при управлении вручную или электроприводом. При использовании гидро- или пневмопривода шток совершает вместе с затвором только поступательное движение. Шпиндель одним концом внутри корпуса соединён с затвором, а другим -- проходит через крышку и сальник (который в основном применяется в качестве уплотнительного устройства в задвижках) для соединения с элементом управления задвижкой (в данном случае штурвалом).

Конструкции запорных органов

Клиновые задвижки

В клиновых задвижках сёдла в корпусе расположены под небольшим углом друг к другу, а затвор представляет собой устройство в виде клина -- жёсткого, упругого или двухдискового, который в положении «закрыто» плотно входит в пространство между сёдлами. В зависимости от условий эксплуатации выбирается тот или иной вид клина.

Жёсткий клин

Жёсткий клин обеспечивает надежную герметичность запорного органа, но для этого требуется повышенная точность обработки для совпадения угла клина с углом между сёдлами корпуса. Недостаток жёсткого клина -- опасность заклинивания затвора и невозможность или трудность открытия задвижки в результате колебаний температур рабочей среды, износа или коррозии уплотнительных поверхностей.

Двухдисковый клин

Такой клин образуется двумя дисками, расположенными под углом друг к другу и жёстко скрепленными между собой. В нём диски имеют возможность самоустановки относительно сёдел корпуса, поэтому некоторые погрешности, допускаемые при изготовлении сёдел корпуса, не влияют на герметичность в положении «закрыто». Двухдисковый клиновой затвор существенно снижает возможность заклинивания, которое свойственно жёсткому клину, и, несмотря на некоторое усложнение конструкции, имеет ряд других достоинств -- малый износ уплотнительных поверхностей, высокая герметичность запорного органа, меньшее усилие, необходимое для закрытия.

Упругий клин

Это модификация двухдискового клина, диски которого связаны между собой упругим элементом, способным изгибаться, обеспечивая плотный контакт между уплотнительными поверхностями в положении «закрыто». В этом затворе снижены возможности самоустановки дисков по сравнении с двухдисковыми, хотя и сохраняется способность компенсировать некоторые деформации корпуса от нагрузок трубопровода и колебаний температур. Достоинства упругого клина -- не требуется трудоёмкая пригонка затвора по корпусу (как для жёсткого клина) и конструкция более простая, чем у двухдискового. Таким образом, упругий клин в определённой степени сглаживает недостатки и сочетает достоинства двух других видов клиновых затворов.

Параллельные задвижки

В параллельных задвижках уплотнительные поверхности двух сёдел в корпусе расположены параллельно друг другу. Затвор состоит из двух дисков, которые в положении «закрыто» при помощи специального клинового грибка прижимаются к сёдлам, перекрывая проход рабочей среде через корпус.

Шиберная задвижка

Является однодисковой разновидностью параллельной задвижки, в которой затвор называется шиберным односторонним. Такие задвижки применяются в тех случаях, когда допускается одностороннее направление потока рабочей среды и не требуется высокая герметичность запорного органа. Они предназначены для установки в качестве запорных устройств на трубопроводах, транспортирующих канализационные стоки, шламы, пульпы и другие, загрязнённые механическими примесями среды. Иногда затвор выполняется ножевым для разрушения частиц в рабочей среде, в этом случае задвижки называются шиберными ножевыми.

Шланговая задвижка

Задвижки с таким запорным органом принципиально отличаются от других конструкций. Корпус не имеет сёдел, а затвор - уплотнительных поверхностей. Проход среды ведётся через эластичный шланг (патрубок), вставленный в корпус и полностью изолирующий металлические детали конструкции от рабочей среды. Для перекрытия прохода шланг полностью пережимается под воздействием шпинделя (штока), поэтому такие устройства называются шланговыми, задвижками их назвали потому, что шпиндель для управления арматурой перемещается перпендикулярно к оси прохода среды, то есть работает по принципу задвижки.

Шланговые задвижки предназначены для трубопроводов, транспортирующих вязкие, пульпообразные и другие подобные среды, а также слабоагрессивные и агрессивные жидкости. Шланги изготавливают из различных марок резин, которые обеспечивают работу задвижек при давлениях до 1,6 МПа и температурах до 110 °C.

Расположение ходового узла

Большое значение для работы и области применения задвижек имеет расположение ходового узла - резьбового соединения шпиндель-гайка. Он может быть расположен внутри задвижки в рабочей среде или вне полости корпуса.

Задвижки с выдвижным шпинделем применяют если нужно быть уверенным в надёжности арматуры. Эта задвижка является конструкцией с невыдвижным шпинделем.

Задвижка с выдвижным шпинделем

В такой конструкции резьба шпинделя и ходовая гайка расположены снаружи корпуса арматуры. Шпиндель нижним концом соединён с затвором и при вращении ходовой гайки для открытия задвижки совершает вместе с затвором только поступательное перемещение, при этом верхний конец шпинделя выдвигается на величину хода затвора. Для возможности перемещения шпинделя ходовая гайка поднята над верхней частью крышки (то есть над сальником) примерно на величину хода затвора в конструкции, которую называют бугельным узлом.

Достоинствами такой конструкции являются отсутствие вредного воздействия рабочей среды на ходовой узел и свободный доступ для его технического обслуживания, а следовательно меньший износ сальникового уплотнения и более высокая надёжность резьбовой пары и сальника.

Недостатком таких задвижек является увеличение строительной высоты и массы за счёт выхода шпинделя из крышки не менее, чем на диаметр прохода и необходимость по этой причине при монтаже оставлять свободное место для выхода шпинделя.

Задвижка с не выдвижным шпинделем

В этом случае ходовая резьба находится внутри полости задвижки и при открывании шпиндель не выдвигается из крышки, сохраняя своё первоначальное положение по высоте. Ходовая гайка в этих задвижках соединена с затвором и при вращении шпинделя для открытия прохода как бы наворачивается на него, увлекая за собой затвор.

В задвижках с не выдвижным шпинделем ходовой узел погружён в рабочую среду и поэтому подвержен действию коррозии и абразивных частиц в рабочей среде, к нему закрыт доступ и отсутствует возможность технического обслуживания во время эксплуатации, что приводит к снижению надёжности работы ходового и сальникового узлов.

В связи с этим такие задвижки имеют ограниченное применение - для трубопроводов, транспортирующих минеральные масла, нефть, воду, не засорённую твёрдыми примесями и не имеющими коррозионных свойств. Поскольку в задвижках с не выдвижным шпинделем затруднены наблюдение и уход за ходовым узлом, они не рекомендуются для ответственных объектов.

Достоинством такой конструкции является меньшая строительная высота, что делает целесообразным их применение для подземных коммуникаций, колодцев, нефтяных скважин и т.д.

Материалы и способы изготовления

Уплотнительные поверхности задвижек изготавливаются без колец, с кольцами из латуни, фторопласта, с наплавкой из коррозионностойкой стали, из резины (в клиновых задвижках ей может покрываться клин, а в шланговых из неё изготавливается пережимной шланг).

Задвижки с корпусами из чугуна и алюминиевого сплава выполняются при помощи литья. Этим же способом изготавливаются и стальные задвижки, но некоторые из них, а также задвижки из титановых сплавов изготавливаются методом сварки заготовок, полученных штамповкой из листового проката. Такие задвижки называют штампосварными. По своим характеристикам, эксплуатационным и прочностным, они не уступают литым задвижкам, а наоборот, детали корпусов и крышек таких задвижек изготавливаются из материала более прочного и тщательно проконтролированного, качество которого выше, чем литьё. При этом технология сварки и методы контроля сварных соединений обеспечивают высокое качество корпусных деталей, позволяющее применять такие задвижки на ответственных объектах, включая атомную энергетику.

Расчетная схема задвижки

задвижка маховик трубопроводный

4. Силовой расчет клиновой задвижки

Задвижка должна быть рассчитана на условия работы при односторонней гарантированной плотности. Все расчеты проводятся в соответствии с таблицей 6.3. [1, 2].

1. Определяем крутящий момент и усилие на маховике, необходимые для закрытия задвижки.

а) Наибольшее усилие, необходимое для перемещения клина при закрытии клиновой задвижки с латунными уплотняющими кольцами при угле наклона клина ц = 2°52' для условий работы задвижки при односторонней гарантированной плотности определяется формулой:

где QУ -- усилие, необходимое для уплотнение, Н; QСР - усилие от давления среды на клин, Н; QG - вес подвижных частей, который здесь относительно мал, поэтому его в расчете не учитываем.

Определяем эти величины:

здесь приняты данные средний диаметр уплотняющих колец DСР = 0,07 м; ширина уплотняющих колец b = 0,012 м; удельное давление .

Таким образом, наибольшее усилие вдоль шпинделя, необходимое для закрытия задвижки, имеет величину:

b) Момент на шпинделе, необходимый для закрытия задвижки, усилие, выталкивающее шпиндель, определяется по формуле:

где М0 - момент в резьбе, Н*м; МС - момент трения в сальнике, Н*м; МБ - момент трения в бурте, Н*м.

Момент в резьбе определяется по формуле:

где - угол трения в резьбе, равный 60;

- угол подъема трапецеидальной резьбы равный 300.

Момент трения в сальнике:

где Т - сила трения в сальнике.

Момент трения в бурте:

где dБ - средний диаметр бурта по шарикоподшипнику - 0,24 см; µБ - коэффициент трения - 0,01.

Таким образом, наибольший момент на шпинделе, необходимый для закрытия задвижки:

Наибольший момент на маховике, необходимый для закрытия задвижки вручную:

где iМ = 97,9 -- передаточное отношение; з =0,77--коэффициент полезного действия передачи.

с) Усилие на маховике, необходимое для закрытия задвижки:

QM = 2MM/DM = 35.85 Н.

где Dм = 0,40 м -- диаметр обода маховика.

2. Определяем крутящий Момент и усилие на маховике, необходимые для открытия задвижки.

а) Наибольшее усилие, необходимое для перемещения клина при открытии, определяется по формуле:

b) Крутящий момент на шпинделе:

где М'0 -- момент в резьбе (857 Н*м); М'С -- момент трения в сальнике (вычислен ранее); М'Б -- момент трения в бурте (819,8 Н*м).

Таким образом, наибольший крутящий момент на шпинделе, необходимый для открытия задвижки:

Наибольший момент на маховике ручного привода равен:

в) Усилие на маховике, необходимое для открытия,

В результате расчета получены следующие моменты и усилия, необходимые для управления задвижкой.

Закрытие задвижки:

момент на шпинделе ;

момент на маховике ;

усилие на маховике .

Открытие задвижки:

момент на шпинделе ;

момент на маховике ;

усилие на маховике .

Вывод

В ходе выполнения курсового проекта, исходя из заданных условий, определены расчетные параметры, номинальное давление и конструктивные характеристики задвижки.

Проведен силовой расчет задвижки, определены усилия и моменты, необходимые для управления задвижкой.

Выбран маховик ручного управления. Получены значения усилия на маховике.

Список литературы

1. Справочник машиностроителя. В 6 т. Т. 4. кн. 1 / гл. ред. Н.С. Ачеркана. - М.: машиностроение, 1962. - 448 с.

2. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в 3 т. / под ред. И.А. Биргера. - М.: Машиностроение, 1968. - 2т. - 464 с.

3. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры / Д.Ф. Гуревич. -- М.: Машиностроение, 1988.- 320 с.

Размещено на Allbest.ru