В. П. Эйсмонт, ведущий специалист Центрального конструкторского бюро арматуростроения в период с 1969 по 2006 год
В силовом расчете предохранительного клапана важнейшее место занимает определение установочного усилия пружины. При этом, для металлического уплотнения в затворе, применяют широко известную формулу:
Qy = (1,05÷1,07) Рн×Scp…..(1)
где:
Рн-давление настройки;
Scp-площадь по среднему диаметру уплотнения;
1,05÷1,07 – рекомендуемые стандартом значения коэффициентов при Рн, определяющие Рно (давление начала открытия).
В результате расчета получают пружину, превосходящую по своим размерам и усилиям, которые необходимы для работы клапана. Такой расчет объясняют тем, что, создавая пружину с большим установочным усилием, облегчают процесс достижения необходимой герметичности в затворе клапана. В то же время не учитываются несколько моментов, ставящих под сомнение абсолютную справедливость такого утверждения.
Первый из таковых заключается в том, что конструктор при более мощной пружине вынужден увеличивать уплотнительную поверхность затвора, которая может быть раздавленной, когда в клапане нет давления настройки (это может возникнуть при транспортировании, хранении и монтаже). Понятно, что из-за такого увеличения падает удельное давление в уплотнении затвора в рабочем положении клапана, а также возрастает количество наплавки и трудоемкость притирки. Второе, что не учитывается, так это то, что как показывает опыт и проверки на герметичность металлических затворов клапанов при приемочных и приемо-сдаточных испытаниях при современных технологиях притирки плотность в затворах в большей степени зависит от качества изготовлениядеталей затвора (от качества притирки, от соблюдения отклонений от формы и расположения поверхностей, от отношения и величин твердостей уплотнительных поверхностей), чем от закладываемых в расчет усилий на герметизацию. Возможно, еще большее значение предлагаемый ниже вариант расчета будет иметь для снижения параметров срабатывания клапанов Рно и Рпо, а, следовательно, для понижения расчетного давления для защищаемых сосудов и трубопроводов.
В соответствии с ранее изложенным рассмотрим следующую формулу для расчета установочного усилия пружины:
Qy = Рн×[Scp +(0,05÷0,07)×Sу]………………..(2),
где:
Sу — площадь уплотнительной поверхности затвора.
Если раскрыть выражение (2), то получим:
Qy = Рн×Scp +(0,05÷0,07)Рн×Sу………………..(3),
из чего видно, что первое слагаемое представляет собой часть установочного усилия пружины, уравнивающую силу от давления в защищаемом объекте, а второе - часть установочного усилия пружины, которая приходится на герметизацию затвора. Нетрудно подсчитать, что при одинаковых давлениях и размерах установочное усилие пружины, вычисленное по формуле (2), будет меньше.
Если в некоторых случаях (что может иметь место для низких давлений и малых проходов) эффект при изготовлении арматуры будет невелик, то для больших проходов и давлений он может быть значительным. Особенно значительным он может быть для конструкций предохранительных клапанов с подвижными седлами, в которых площади уплотнительных поверхностей затвора очень малы.
Приведем пример определения установочных усилий пружины и давлений начала открытия для полноподъемного предохранительного клапана DN50, PN63 по обеим вариантам и результаты сведем в таблицу.
Принимаем Рн = PN и ширину уплотнительной поверхности, как у соответствующего клапана Благовещенского арматурного завода.
|
Расчет по формуле (1) |
Расчет по формуле(2) |
Примечание |
|
Qy = (1,05÷1,07) Рн×Scp |
Qy = Рн×[Scp +(0,05÷0,07)×Sу] |
|
|
Qy1 = 1,05×63×0,785×3,452= 618 кгс |
Qy2 = 63×(0,785×3,452 + 0,05×0,785×(3,62 - 3,32) = 594 кгс |
|
|
Qyр1 = 0,05×63×0,785×3,452 = 29,4 кгс |
Qyр2 = 0,05×63×0,785× (3,62 - 3,32) = 5,1 кгс |
Qyр - усилие на уплотнении затвора в рабочем положении клапана. |
|
ΔР1 = Qyр1/Scp = 29,4/0,785×3,452 = 3,14 кгс/см2 |
ΔР2 = Qyр2/Scp = 5,1/0,785×3,452 = 0,544 кгс/см2 |
Необходимое превышение давления настройки для снятия Qyр |
|
ΔР1 ×100/Рн = 3,14×100/63 = 5 % |
ΔР2 ×100/Рн = 0,544×100/63 = 0,9 % |
То же в процентах |
Представляется, что реализация обсуждаемого расчета, при определенном качестве изготовления, особенно с применением технологии притирки с нанопорошками, значительно снизит давление полного открытия предохранительного полноподъемного клапана, а, следовательно, и величину расчетных давлений защищаемых объектов.
Впрочем, очевидно, что и для малоподъемных и среднеподъемных предохранительных клапанов рассмотренный вариант расчета тоже приемлем. Если в формулах (1) и (2) Scp заменить на Sн(площадь по наружному диаметру уплотнения), то и для предохранительных клапанов с затворами с эластичными уплотнениями этот расчет тоже может быть применен.
Санкт-Петербург, октябрь 2012 года