Приводы управления арматурой

Арматура судовых систем служит для закрывания, регулирования или переключения трубопроводов. Она обеспечивает отключение, изменение количества протекаемой среды, изменение направления движения среды в разные трубопроводы, поддержание в трубопроводах постоянного давления и защиту систем от попадания в них посторонних предметов.

Корпуса арматуры изготовляют литыми, сварными или штампо-сварными. Основными материалами служат сталь, бронза, латунь. Всю арматуру судовых систем классифицируют по назначению и конструкции.

 

Клапана. Клапаны это вид арматуры, в которой проход трубопровода перекрывается специальной деталью – тарелкой, перемещающейся возвратно-поступательно по нормали к плоскости седла (места перекрытия канала трубопровода).  Клапаны  применяются  при диаметрах до 500 мм и давлениях до

6,5 МПа.

Достоинство клапанов - надёжность закрытия.

Недостаток - большое гидравлическое сопротивление.

В зависимости от способа управления тарелкой и назначения клапаны разделяются на запорные, невозвратные, невозвратно-запорные, невозвратно-управляемые, предохранительные, дроссельные и редукционные.

Клапаны запорные перекрываются тарелкой, регулируемой шпинделем или штоком могут быть проходными и угловыми (рис.1.15).

У таких клапанов шток и тарелка  жёстко связаны. В крайнем нижнем положении штока тарелка прижимается к седлу и перекрывает проход трубопровода, в крайнем верхнем положении штока тарелка поднимается над седлом и обеспечивает пропускание среды в обоих направлениях.

 

               

 

Рисунок 1.15-а) проходной клапан; б) угловой клапан

 

Клапаны невозвратные, предохранительные и редукционные работают автоматически.

  В невозвратном клапане  (рис.1.16) штока нет, тарелка прижимается к седлу в корпусе собственным весом и давлением среды, протекающей в трубопроводе, или пружиной.

 

                                

 

Рисунок 1.16-Невозвратный клапан

 

Клапаны редукционные (рис.1.17) применяются для снижения статического давления среды в трубопроводах и поддержания его постоянства независимо от колебания давления до и после места установки этого клапана.

 

                                         

 

Рисунок 1.17-Схема редукционного клапана

Предохранительные клапаны (рис.1.18) работают автоматически: среда проходит, отжимая тарелку, прижимаемую к седлу клапана пружиной, сжатие которой заранее регулируется. При повышении в трубопроводе давления на величину более 20% рабочего тарелка отжимается от седла и клапан открывается, сбрасывая избыточное давление.

                                 

Рисунок 1.18-Предохранительный клапан

 

Клапаны дроссельные (рис.1.19) применяются для уменьшения давления в трубопроводах путем изменения гидравлического сопротивления среды, регулируемого положением тарелки.

 

                                 

 

Рисунок 1.19-Схема дроссельного клапана:

1 – корпус, 2 – дроссельный затвор, 3 – шпиндель, 4 – винтовой механизм

 

Краны. Краны вид арматуры, в которой канал трубопровода перекрывается цилиндрической, конической или шаровой пробкой с одной или с несколькими прорезями различной формы. Перекрытие канала обеспечивается притёртостью пробки, поэтому краны используются при относительно небольших диаметрах (до 80 мм) и давлениях (до 0,1 МПа).

Выделяют следующие виды кранов:

 

- проходные, имеющие одну прорезь в виде прямого канала и сообщающие между собой два трубопровода (рис.1.20).

 

                              

 

Рисунок 1.20-Пробковый проходной кран

 

- трёхходовые, имеющие в пробке одну прорезь L- или Т-образной формы и сообщающие между собой три трубопровода, кран с L- образной пробкой имеет три возможных положения, а с Т-образной – четыре (рис.1.21).

 

 

 

 

Рисунок 1.21-Схемы действия кранов разных типов:

а) – проходной; б) – трехходовой с L-образной пробкой; в) – трехходовой с Т-образной пробкой

 

- краны-манипуляторы (рис.1.22), имеющие в пробке несколько прорезей различной формы и сообщающие между собой три, четыре и более трубопроводов (применяются, например, в системах гидравлики).

 

                                

 

Рисунок 1.22-Крановый манипулятор

 

Достоинства кранов: сравнительно малое гидравлическое сопротивление, малая масса и габариты.

Недостатки: необходимость тщательной притирки пробки и уплотнения для обеспечения герметичности, опасность гидравлического удара при быстром закрытии крана (поэтому не рекомендуется использование кранов в системах со скоростью движения среды более 1 м/с).

Проходные краны в современных судовых системах не применяются, кроме кранов с шаровой пробкой. Такие краны обладает хорошей герметичностью (пробка сферической формы и плотно пригнанный к ней корпус исключает необходимость в сальниковом уплотнении), долговечностью и отсутствием гидравлического сопротивления (так как форма канала в пробке точно соответствует форме присоединяемого трубопровода). Такие клапаны находят применение в неответственных судовых системах (бытового водоснабжения и отопления).

По способу соединения с трубопроводами существуют краны фланцевые, штуцерные и муфтовые.

 

Задвижки. Задвижки это вид арматуры, в которой проход трубопровода перекрывается плоским или клиновидным затвором, перемещающимся по нормали к оси трубопровода.

Задвижки с плоскими затворами используют для газообразных сред, задвижки с клиновидным затвором – для жидких сред (клиновидная форма способствует уплотнению паза, в который входит затвор).

Задвижки с затвором в виде клина или двух шарнирно соединённых дисков называют клинкетами(рис.1.23).

 

 

Рисунок 1.23-Клинкетная задвижка

 

Достоинства задвижек: наименьшее гидравлическое сопротивление из всех видов арматуры; меньшее усилие закрытия.

Недостатки: плотность запирания трубопроводов меньше, чем у клапанов; время закрытия в несколько раз больше, чем у клапанов.

Вследствие малого гидравлического сопротивления клинкетные задвижки устанавливаются там, где крайне важно уменьшить гидравлическое сопротивление (на всасывающей линии насоса), а также в системах с постоянным движением среды.

Захлопки - вид арматуры, в которой в качестве запорного органа служит круглый диск, поворачивающийся вокруг оси, проходящей через линию симметрии трубопровода (рис.1.24).  Применяются при диаметрах трубопроводов 300 – 1000 мм и при давлениях до 1,0 МПа. В закрытом положении диск перекрывает проход трубопровода, в открытом положении он повёрнут на 90⁰и обтекается средой с обеих сторон. Преимущества поворотных затворов – простота конструкции, малое гидравлическое сопротивление, малая масса и габариты.

 

                         

 

Рисунок 1.24.Захлопка бортовая:

1 –корпус; 2 –крышка; 3 – валик; 4 – тарелка; 5 – пробка спускная

 

Приводы управления арматурой. Приводы подразделяют на местные и дистанционные.

Местные приводы - у становлены непосредственно на объекте. К местным ручным приводам относят маховики, рукоятки, ключи, которые обычно входят в состав арматуры в качестве отдельных узлов.

Дистанционные приводы служат для управления в отдалении от объекта, когда непосредственный доступ к арматуре затруднено. К дистанционным приводам относятся:

- тросовые приводы, представляющие собой систему тросов диаметром 3 – 7 мм и блоков;

- валиковые приводы (рис.1.25), использующие для передачи крутящего момента валики, представляющие собой трубы диаметром 32 – 70 мм. Валики соединяются между собой с помощью соединительных и ходовых муфт. Изменение направления линии валиков осуществляется с помощью шарнирных муфт или конических зубчатых передач. К элементам набора валики крепятся кронштейнами. Непроницаемость прохода валиков через водонепроницаемые переборки и палубы обеспечивается использованием палубно-переборочных сальников.

 

 

Рисунок 1.25-Схема валикового привода

 

Достоинство: простота и надёжность.

Недостатки: значительная масса и габариты, ограниченная дальность управления.

Для возможности дистанционного управления работой систем используется специальная арматура. Такая арматура по конструкции главных элементов аналогична арматуре с ручным управлением, только перемещающий запорный орган шпиндель приводится в движение специальным исполнительным механизмом.

Основные требования к арматуре с дистанционным управлением:

 

-  осуществление надёжного контроля над закрытием и открытием арматуры;

-  обеспечение требуемой скорости срабатывания;

-   исключение самопроизвольного изменения режима работы управляемого объекта;

- возможность использования в случае необходимости резервных средств управления (ручных);

 

Для дистанционного управления арматурой может применяться гидропривод, пневмопривод и электропривод.

 В гидравлическом приводе потенциальная энергия (давление) жидкости, полученная в объёмном насосе, передаётся к исполнительному механизму и преобразуется в механическую работу открытия или закрытия арматуры. В качестве рабочих жидкостей в гидроприводах используют вязкие капельные жидкости, чаще всего минеральные масла высокой очистки. Для поддержания заданного давления (10 – 15 МПа) при неработающих насосах и обеспечения плавности срабатывания привода в его состав включают гидроаккумуляторы. В качестве распределительных устройств используются клапанные, крановые и золотниковые манипуляторы. В качестве исполнительных механизмов наибольшее распространение получили однополостные подпружиненные сервоприводы, двухполостные сервоприводы, реечные и рычажные гидромашинки, реже – гидромоторы.

В состав привода входят (рис.1.26) бак с рабочим маслом 1, насос 6, пневмогидроаккумулятор 4, трубопроводы 5, кран-манипулятор 3, исполнительный механизм 2 (двухполостной сервопривод), управляющий шпинделем клапана. С помощью крана-манипулятора поток масла направляется в одну из полостей гидроцилиндра 2, для другой полости одновременно открывается слив масла в бак.

 

                         

 

Рисунок 1.26-Схема гидравлического привода

 

Достоинства гидропривода: надёжность и плавность работы, простота предохранения от перегрузок, возможность создания больших усилий и одновременного управления большим количеством арматуры, свобода компоновки.

Недостатки: большая масса, сложность монтажа и контроля работы исполнительных механизмов.

Пневмопривод по принципу действия подобен гидравлическому, с той разницей, что в качестве рабочей среды используется сжатый воздух давлением до 4,5 МПа, получаемый от системы воздуха среднего давления. Управление впуском воздуха осуществляется краном-манипулятором. Системы пневмопривода выполняются открытыми (отработавший в исполнительном механизме воздух стравливается в атмосферу).

Достоинства: пневматический привод легче гидравлического и проще по конструкции, обладает большей быстротой срабатывания.

Недостатки: из-за стравливания воздуха работа пневмопривода сопровождается шумом, расширение воздуха приводит к неравномерности срабатывания.

Электропривод используется для преобразования электрической энергии в механическую работу закрытия или открытия арматуры. В состав привода входят: источник электроэнергии, электрокабели, пульт управления и исполнительный механизм. Питание электропривода осуществляется от общесудовой электросети или аккумуляторных батарей.

В качестве исполнительных механизмов могут использоваться электродвигатели и электромагниты. Привод с электродвигателями получается весьма громоздким и требует значительных электрических мощностей, поэтому не получил распространения для управления судовой арматурой. В основном применяется электромагнитный привод, отличающийся малыми габаритами, быстротой действия и лёгкостью управления.

Для арматуры условным проходом до D_У50 наиболее компактным и технологичным является электропривод. Однако, его недостатком является необходимость обеспечения электрозащиты и пожарной безопасности.

Для арматуры условным проходом более D_У50 наиболее компактным и технологичным является гидропривод и пневмопривод. Использование пневмопривода запрещается на арматуре, установленной внутри цистерн с жидкостью – обрыв трубопровода сжатого воздуха может привести к разрушению цистерны и гибели судна.