Засувка для трубопроводів та шпиндель для неї

1 Засувка для трубопроводів, що містить корпус з кришкою, бугель, пов'язаний з корпусом, шпиндель, виконаний з нарізною ділянкою у його верхній частині та встановлений з можливістю вертикального пересування через бугель, планку притискну, грундбуксу, розташовану під планкою, та кришку з ущільненням та закріплений в нижній його частині в обоймі, пов'язаній з тарілкою, взаємодіючою з сідлом, яка відрізняється тим, що шпиндель виконаний з титанового сплаву, поверхня якого має оксидну плівку, що створюється внаслідок термічного оксидування шпинделя, причому оксидна плівка створена на поверхні шпинделя до нарізної ділянки 2 Засувка по п 1, яка відрізняється тим, що відношення контактуючих між собою через робоче середовище площі поверхні шпинделя до сумарної площі поверхонь корпуса кришки та обойми менше або дорівнює одиниці 3 Шпиндель для засувки трубопроводу, виконаний у вигляді вала, що має на одному з його КІНЦІВ нарізну ділянку, який відрізняється тим, що вал шпинделя виконаний з титанового сплаву, поверхня якого має оксидну плівку, що створюється внаслідок термічного оксидування вала, причому оксидна плівка створена по всій поверхні вала до нарізної ділянки О ю о Винахід відноситься до трубопроводної арматури, а саме до засувок для перекриття трубопроводів та регулювання витрати середовищ, що проходять в них, зокрема, пара чи води, що мають високу тем пературу та тиск Добре відомо, що одним з основних вимагань, що ставляться до засувок, які працюють в трубопроводах пара чи води при високій температурі та тиску є корозійна СТІЙКІСТЬ В ЦИХ середовищах При розробці та конструюванні засувок ретельно пророблюються характеристики матеріалів, з яких виготовлюються деталі засувок та їх поведінка в конкретних робочих середовищах Відомо, ЩО доброю корозійною СТІЙКІСТЮ ДО середовища, де присутні хоча б сліди вологи чи води, є титан та його сплави (див проспект фірми "ТІМЕТ" Титанові труби) вш Проте відомо, що титан та його сплави зі сталью, що широко використовується в засувках, є електрохімічною парою, різниця електродних потеціалів між титановим сплавом та вуглецевою сталью досить велика, тому між ними може існувати значна контактна корозія (див книга НДТомашов, Р М Альтовський Корозія та захист титана, вид Машгиз, М 1963р , стор 61) У ВІДОМІЙ засувці для трубопроводів (див ка талог Промислова трубопроводна арматура Частина II (книга 1), вид ЦИНТИ Химнефтемаш, М , 1989р , стор 17-18), що містить корпус з кришкою, стойку, ущільнені кільця сальника та диск, цей недолік переборен тим, що всі основні деталі корпус, кришка та диск, контактуючі між собою через робоче середовище, виконані з титанового сплава Стойка виконана зі сталі, ущільнені кільця сальника-фторопласт Проте цей пристрій потребує ве 42105 ликих витрат титанового сплава, що неекономічно та неефективно Найбільш близькими по технічній сутності до винаходу, що пропонується, є засувка для трубопроводів та шпиндель для неї (див кн , Імбридський М І Справочник по арматурі теплових електростанцій Енергоіздат, М 1981р,стор 100-101) Засувка містить корпус з кришкою, бугель, пов'язаний з корпусом, шпиндель, що має у верхній його частині різьбову ділянку, сполучену з вузлом пересування засувки, при цьому шпиндель встановлений з можливістю вертикального пересування через бугель, планку притискуючу, грундбуксу, розташовану під планкою та кришку з ущільненими кільцями, в нижній частині шпиндель закріплений в обоймі, що пов'язана з тарілкою, взаємодіючу з сідлом Корпус, шпиндель, обойму та тарілку виконують з матеріалів, які мають більш високу корозійну СТІЙКІСТЬ при роботі в напружених умовах, зокрема, в магістралях пара чи води при тиску до 40 мПа та температурі до 560°С, таким матеріалом є сталь Засувка працює таким чином, що у випадку и відкриття, шпиндель пересувається вверх, ковзає по внутрішній поверхні ущільнення, притискнутого через грундбуксу притискуючою планкою та піднімає таким чином тарілку, внаслідок чого вода проходить скрізь корпус, заповнюючи його порожнину У випадку закриття засувки, шпиндель ковзає по внутрішній поверхні ущільнення вниз до упора тарілки в сідло Недоліком цієї засувки є експлуатаційні характеристики, зокрема, значний корозійний знос шпинделя, обмежуючий строк експлуатації та знижаючий надійність засувки Це обумовлено такими факторами знаходячись в робочому середовищі (пар чи вода з високою температурою та тиском) всі елементи засувки, контактуючі з цим середовищем піддаються корозії (корпус, шпиндель, кришка, обойма) При корозії шпинделя, поверхня його руйнується, стає нерівною та, пересуваючись вверх, вниз по поверхні ущільнення, він руйнується внутрішній слой ущільнення, контактуючого з поверхнею шпинделя, в результаті чого порушується герметичність, робоче середовище, пар чи вода, що має високу температуру та тиск, починає просмоктуватися вверх, призводячи до руйнування всього ущільнення, внаслідок чого робоче середовище починає контактувати з поверхнею кришки, що природно призводить до корозії кришки у цьому МІСЦІ Додатково, окрім вказаного, на протікання процеса корозії впливає електрохімічна пара (шпиндель-корпус та шпиндель-обойма) Загальновідомо, що для підвищення МІЦНОСТІ поверхні сталевого шпинделя застосовують азотування поверхні Розглянемо протікаючі процеси корозії для пари сталевий корпус та шпиндель зі сталі з азотованою поверхнею а) контактна електрохімічна корозія за рахунок різниці електродних потенціалів поверхні сталі та сталі з азотованою поверхнею, так як азотована поверхня має більш позитивне значення електропотенціала, б) локальна електрохімічна корозія за рахунок неоднорідності структурно-фазової сполуки як на поверхні, так й по глибині азотованого слоя шпинделя, що викликає виникнення корозійних мікрогальванопар (мартенситні голки, перліт, карбіди, карбонітріди складної сполуки та основа сплава), в) високотемпературна газова корозія за рахунок досить високої відновної активності як основи сполуки, так й нітридів поверхні Таким чином, не звертаючи на уявну близкість матеріалів (шпиндель-корпус, шпиндельобойма) по природі, дія вище перерахованих факторів, навіть незначна, викликає спонтанне сукупне розтравлення поверхні матеріалу шпинделя, як найбільш інтерофазної системи Найбільш близьким до шпинделя, що заявляється, є шпиндель, що використовується у засувці (див кн , Імбридський М І Справочник по арматурі теплових електростанцій Енергоіздат, М , 1981 р , стор 100-101), що являє собою вал з різьбовою ділянкою, розташованим на одному з його КІНЦІВ Матеріал шпинделя-сталь До недоліку шпинделя, що використовується у засувках на трубопроводах води та пара при високих температурі (до 560°С) та тиску (до 40 мПа), відноситься його низька корозійна СТІЙКІСТЬ, ЩО погіршує надійність та строк служби засувки Відомо, ЩО ДЛЯ підвищення твердості поверхні сталі здійснюють її азотування Проте навіть азотована поверхня шпинделя для засувок, працюючих в напружених умовах, піддається корозії Це обумовлено тим, що, по-перше, саме середовище (пар чи вода) роз'їдає азотовану поверхню шпинделя, по-друге, внаслідок того, що азотована поверхня шпинделя зі сталі має більш позитивне значення електродного потенціала, ніж у сталі корпуса та обойми, з'являється додаткова контактна, локальна електрохімічна корозія та високотемпературна газова корозія, що знижує строк експлуатації шпинделя та, природно, надійність цієї засувки Перед авторами стала задача розробити засувку для трубопроводів та шпиндель для неї, працюючих в трубопроводах пара чи води при високій температурі та тиску, які б мали високу надійність та підвищений строк служби за рахунок зниження корозії шпинделя та елементів засувки, контактуючих з ним через робоче середовище Ця задача вирішується тим, що у ВІДОМІЙ засувці для трубопроводів, що містить корпус з кришкою, бугель, пов'язаний з корпусом, шпиндель, виконаний з різьбовою ділянкою у його верхній частині та встановлений з можливістю вертикального пересування через бугель, планку притискуючу, грундбуксу, розташовану під планкою та кришку з ущільненням та закріплений у нижній його частині в обоймі, пов'язаної з тарілкою, що взаємодіє з сідлом, згідно винаходу шпиндель виконаний з титанового сплава, поверхня якого має оксидну плівку, що утворюється в результаті термічного оксидування шпинделя При цьому оксидна плівка створена по всій довжині поверхні шпинделя до різьбової ділянки Відношення контактуючих між собою через робоче середовище (пар чи вода) площі поверхні 42105 шпинделя до сумарної площі поверхонь корпуса та обойми менше чи дорівнює одиниці Ця задача згідно винаходу, вирішується тим, що шпиндель для засувки трубопроводів, являє собою вал, що має на одному з його КІНЦІВ різьбову ділянку, виконану з титанового сплава, поверхня якого має оксидну плівку, що створюється внаслідок термічного оксидування шпинделя Оксидна плівка створена по всій поверхні шпинделя до різьбової ділянки Це обумовлено тим, що нанесення різьби здійснюється після процеса оксидування, так як це запобігає створенню додаткової напруги у різьбовому з'єднанні Виконання шпинделя з титанового сплава, маючого оксидну плівку, що створена в результаті термічного оксидування поверхні шпинделя, зменшує корозію шпинделя, а також корпуса, кришки, обойми зі сталі внаслідок зменшення електрохімічних процесів, що діються між ними та шпинделем Розглянемо протікаючі процеси корозії для пари сталевий корпус та шпиндель з титанового сплава з оксидованою поверхнею а) при контактній електрохімічній корозії в умовах більш близьких значень електродних потенціалів (сталь-титан оксидований) у порівнянні зі значеннями електродних потенціалів (сталь-сталь з азотованою поверхнею), швидкість корозії надзвичайно мала (ф- електродний потенціал е сталі 20x13 у р 5% р-рі NaCI відповідає ~ -0,300 В, е ТЮ2 у 5% р-рі р NaCI відповідає ~ -0,295 В), б) локальне електрохімічне розтравлення (корозія) більш однорідної структурно-фазової сполуки, як по поверхні, так й по глибині оксидованого титана (ер ТіСЬ) менш ймовірно у порівнянні з локальною електрохімічною корозією, що протікає у випадку азотованої поверхні сталі, в) високотемпературна газова корозія оксидованого титанового сплава з огляду досягнення максимально високої ступені окислення на стадії оксидування та більш низького коефіцієнта дифузії кисню у титановий сплав, у порівнянні з залізом (Fe), приктично виключена на температурних режимах експлуатації шпинделя Таким чином, виконання шпинделя у засувці з титанового сплава з оксидованою поверхнею більш переважно у порівнянні зі шпинделем, виконаним зі сталі, навіть з азотованою поверхнею, з огляду значно меншої КІЛЬКОСТІ факторів ризику, що сприяють протіканню корозійних процесів Близькі значення електродних потенціалів поверхонь сталевого корпуса, кришки та оксидованого титанового шпинделя, термодинамічна СТІЙКІСТЬ поверхні оксидованого титанового шпинделя до корозійних процесів визначає й більшу корозійну СТІЙКІСТЬ поверхні сталевого корпуса, кришки, обойми у парі сталь-оксидований титан, у порівнянні з парою сталь-азотована сталь (по прототипу) Зменшення корозії на поверхні шпинделя сприяє збереженню внутрішній поверхні ущільнення, постійно взаємодіючого з поверхнею шпинделя, тобто зберігається герметичність, в результаті чого підвищується надійність засувки, збільшується строк и служби та, крім того, визначає можливість створення корозії на поверхні кришки, у МІСЦІ контакта з наружною поверхнею ущільнення Як показали дослідження, проведені в ДНВП "Мотор", корозійні процеси протікають більш слабше, якщо площа поверхні шпинделя з титанового сплава з оксидованою поверхнею (катод) менше чи дорівнює сумарній площі поверхонь корпуса, кришки, обойми (анод), контактуючих з поверхнею шпинделя через робоче середовище (пар чи вода) Завдяки виконанню шпинделя (для засувок) з титанового сплава з оксидованою поверхнею, зменшується локальна електрохімічна корозія за рахунок більш однорідної структурно-фазової сполуки як по поверхні, так й по глибині оксидованого титанового сплава, навіть при його ушкодженому шарі Крім того, високотемпературна газова корозія оксидованого титанового сплава практична виключена при температурних режимах експлуатації цього шпинделя з огляду досягнення максимально високої ступені окислення на стадії оксидування та більш низького коефіцієнта дифузії кисню в титановий сплав, у порівнянні з залізом Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 поданий загальний вигляд засувки, розріз, а на фіг 2 шпиндель для засувки, розріз Засувка (фиг 1) складається з корпуса 1 з кришкою 2, бугеля 3, шпинделя 4, виконаного з різьбою у верхній його частині, та поєднаного з бугелем 3 різьбовим з'єднанням, що проходить скрізь кришку 2 та входить в обойму 5, що поєднана з конусообразною запорною тарілкою 6 Ущільнення 7 являє собою кільця асбографітові АГ-50, що притискаються планкою 8 через грундбуксу 9 Засувна тарілка 6 з отворами 10 взаємодіє з сідлом 11 Засувка працює таким чином шпиндель 4 при його обертанні здійснює рух вверх чи вниз При руху шпинделя 4 вверх підіймається тарілка 6 та відчиняє отвір в корпусі 1 При відчинені засувки робоче середовище, наприклад вода, проходить скрізь корпус 1, заповнюючи його порожнину При руху шпинделя 4 вниз до упора, тарілка 6 зачиняє отвір в СІДЛІ 11 й вода припиняє рух скрізь корпус 1 Шпиндель для засувки (фіг 2) виконаний у вигляді вала, маючого на одному з його КІНЦІВ різьбову ділянку Завдяки використанню у засувці шпинделя з титанового сплава з оксидованою поверхнею значно поменшується корозія основних елементів засувки, внаслідок чого підвищується надійність та строк служби шпинделя та засувки 42105 ФІГ. 1 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03