Содержание к диссертации
Введение
1 Трубопроводная арматура, накопление повреждений и техническое освидетельствование 7
1.1.Общие сведения о трубопроводной арматуре, классификация 7
1.2 Выбор арматуры для различных условий работы 14
1.3 Анализ методов испытания арматуры (клиновых задвижек) 22
1.4 Основные дефекты и методы ремонта задвижек 30
1.5 Методика испытания арматуры после проведения ремонта 36
2 Методика построения трехмерной модели задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 с использованием программного комплекса SOLID WORKS 2004 40
2.1 Назначение, технические характеристики и конструктивные особенности задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 40
2.2 Методика построения объемной твердотельной модели с использованием программного комплекса SOLID WORKS 2004 42
2.2.1 Возможности программы SOLID WORKS 42
2.2.2 Построение объемных твердотельных моделей деталей задвижки 44
2.2.3 Создание сборки в программе SOLID WORKS 2004 49
3 Расчет гидродинамики течения жидкости через задвижку ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 в программном комплексе FLOW VISION 2.3.3 54
3.1 Возможности программы FLOW VISION 54
3.2 Подготовка геометрии в CAD системе и импорт модели в FLOW VISION 2.3.3 56
3.3 Работа в препроцессоре, подготовка задачи к решению 59
3.4 Работа в постпроцессоре 66
3.5 Исходные данные для расчета 68
3.6 Результаты расчета 69
4 Расчет напряженно-деформированного состояния деталей задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 с учетом параметров технологического потока в программном комплексе ABAQUS 6.5.1 81
4.1 Возможности программы ABAQUS 82
4.2 Структура САЕ-интерфейса. Моделирование задачи в программном комплексе ABAQUS 83
4.3 Импорт и экспорт геометрии и моделей 86
4.4 Постановка и решение задачи в ABAQUS 88
4.5 Результаты расчета 91
Общие выводы 102
Список использованных источников
- Анализ методов испытания арматуры (клиновых задвижек)
- Возможности программы SOLID WORKS
- Подготовка геометрии в CAD системе и импорт модели в FLOW VISION 2.3.3
- Структура САЕ-интерфейса. Моделирование задачи в программном комплексе ABAQUS
Введение к работе
Актуальность работы
Неотъемлемой частью любых трубопроводов предприятий топливно-энергетического комплекса является арматура Существует большое количество видов трубопроводной арматуры, наиболее распространенным из которых по количеству применяемых единиц является запорная арматура В сравнении с другими видами запорной арматуры ряд преимуществ имеют клиновые задвижки (незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом проходе, простота обслуживания, возможность подачи сырья в любом направлении и др )
Многообразие условий эксплуатации арматуры, вопросы се надежности и долговечности, разнообразные конструкции затрудняют подбор арматуры для тех или иных конкретных условий работы Этот процесс осложняется тем, что при проектировании конструкций клиновых задвижек прочностной расчет отдельных деталей проводят без учета реальных условий эксплуатации таких как скорость потока транспортируемой среды, температура и положение клина
Правильный выбор конструкции задвижек в значительной степени предопределяет безаварийную и безотказную работу как отдельных технологических блоков в целом, так и трубопроводов в частности Поэтому в настоящее время введено в действие требование управления «Ростехнадзор» по надзору за объектами нефте-, газодобычи, переработки и магистрального трубопроводного транспорта, согласно которому организации, разрабатывающие просктно-конструкторскую документацию на ремонт, реконструкцию, расширение и тсх-персвооружение опасных производственных объектов дополнительно должны указывать в ведомости трубопроводов срок службы арматуры с учетом реальных условий эксплуатации Однако из-за отсутствия обоснованных методик, учитывающих условия эксплуатации исходя из анализа гидродинамики потока и изменения напряженно-деформированного состояния деталей клиновых задвижек, ограничение срока службы назначается на усмотрение инженера-проектировщика
Целью данной работы является оценка влияния эксплуатационных параметров (температуры и давления) на гидродинамические характеристики движения технологического потока через задвижку и, как следствие, на изменение напряженно-деформированного состояния отдельных деталей задвижки (клин, кольца)
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
-
Сбор статистических данных по причинам выхода из строя запорной арматуры
-
Построение твердотельной модели задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 с помощью программы SOLID WORKS 2004
-
Изучение гидродинамики потока в проточной части задвижки при изменяющихся параметрах потока (давление, скорость потока) с использованием программы FLOW VISION 2 3 3
-
Определение напряженно-деформированного состояния деталей задвижки (клин, уплотнительные кольца) при различных гидродинамических параметрах потока
Научная новизна
-
Установлено, что распределенная поперечная нагрузка на клин зависит от гидродинамических параметров потока и степени закрытия задвижки Максимальная распределенная поперечная нагрузка на клин наблюдается при закрытии проходного сечения клиновой задвижки на 95%
-
Показана необходимость корректировки параметров эксплуатации задвижки (температуры, давления в системе, скорости потока) для предотвращения пластической деформации тарелок клина при закрытии задвижки
-
Установлено, что в момент открытия задвижки напряжения, возникающие в зацепах клина, превышают предел текучести
Практическая ценность
Разработаны методические рекомендации по оценке напряженно-деформированного состояния деталей клиновых задвижек (клин, уплотнительные кольца) с учетом эксплуатационных параметров
Разработанные методические рекомендации используются в процессе проектирования клиновых задвижек на ОАО «Благовещенский арматурный завод»
Апробация работы
Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на 58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г Уфа, 2007), IV Российской научно-технической конференции «Компьютерный инженерный анализ» (г Екатеринбург, 2007)
Публикации
Анализ методов испытания арматуры (клиновых задвижек)
Условия работы арматуры определяются многочисленными факторами, главными из которых являются следующие: рабочее давление среды, рабочая температура, свойства среды, колебания температуры и давления, периодичность срабатывания или переключений, тип привода, местонахождение арматуры на трубопроводе (установке или агрегате), расположение на открытом месте или в закрытом помещении и др. /13 - 17/.
При установке запорной арматуры на трубопроводе, через который осуществляется большой расход среды, предпочтение следует отдавать конструкциям с малым гидравлическим сопротивлением. Малое гидравлическое сопротивление задвижек делает их особо ценными при применении на трубопроводах, через которые постоянно движется среда с большой скоростью.
Ориентировочные значения коэффициентов местных гидравлических сопротивлений, а также уравнения для расчета точных их значений приведены в таблице 1.3 /4/.
Числа Re определяют по параметрам невозмущенного потока на входе в местное сопротивление.
При оценочных расчетах потери давления в местных сопротивлениях оцениваются по эквивалентной длине трубопровода L3KB - для общезаводских сетей большой протяженности L3KB = 0,1 L; - для ответвлений от общезаводских сетей к установкам L3KB = 0,2L; - для внутризаводских сетей L3KB принимается в зависимости от расчетной длины трубопровода L.
Следует обратить внимание, что при расчете потерь тепла арматуру заменяют эквивалентными по тепловому потоку участками труб, которые для задвижек, вентилей, кранов и клапанов составляют по /4/: - для неизолированной арматуры, расположенной в помещении, длина участка рассчитывается по формуле L3KB= 1,7 + 5,2-КГ5 DN 33T2 04, - для неизолированной арматуры, расположенной вне помещения, длина участка рассчитывается по формуле ЬЭкв= Ю,3 + 1,15-10"3 DN0 3V 55, - для теплоизолированной арматуры, расположенной в помещении, длина участка рассчитывается по формуле Ьэкв= 1,9 + 1,4-10-7DN 36T2 73, - для теплоизолированной арматуры, расположенной вне помеще ния, длина участка рассчитывается по формуле Ьэкв= 2,25 + 2,8- Ш2 DN 32T0 87, где Т- температура продукта в К; L и DN - соответственно длина и условный диаметр участка в м. Для арматуры, не имеющей выступающих неизолируемых частей (например, обратные клапаны) Ьэкв равно строительной длине арматуры.
Также при выборе арматуры необходимо учитывать: физические свойства перекачиваемой среды; характер работы арматуры (частота срабатывания, преобладающее закрытое или открытое рабочее положение); температурный режим трубопровода и окружающей среды; наличный вид энергии для привода; необходимость ручного или механического привода; требуемое управление (дистанционное или автоматическое); химическую активность рабочей среды и ее коррозионные свойства; надежность в работе; гер 16 метичность /19 - 21/. Таблица 1.3 — Ориентировочные значения коэффициентов местных гидравлических сопротивлений Местное гидравлическое сопротивление Коэффициент местного гидравлического сопротивления Ориентировочное значение Уравнение для расчета Задвижка клиновая полностью открытая 0,15 Задвижка клиновая частично открытая - При Re 104lg IajOi/D)1,i=0где h -подъем затвора;а, - получают аппроксимацией данных по /4/
Задвижка шиберная полностью открытая 0,05 Задвижка шиберная частично открытая - При Re 104lg = iajCh/D)1, i=0где а; - получают аппроксимацией данных по /4/ При h/D 0,9C = 0,6(l-h/D). При Re 104C = C + 530(C)I,25/Re, где C = npHRe 104
Физические свойства среды оказывают существенное влияние на выбор типа запорной арматуры /26/. Если среда содержит твердые включения, которые могут налипать на уплотнительные поверхности, то применять клиновые задвижки не рекомендуется, так как они могут не обеспечить необходимой герметичности вследствие защемления твердых частиц между уплот-нительными поверхностями. В таких случаях лучше применять двухдисковые задвижки с принудительным очищением уплотнений при закрывании. В средах типа суспензий и шламов весьма успешно применяются шаровые краны с пластмассовыми седлами.
Для трубопроводов, предназначенных для транспортирования токсичной или радиоактивной среды, пропуск которой через сальник недопустим, следует применять бессальниковую арматуру.
При выборе конструкций используется номенклатура промышленной арматуры общего назначения, изготовляемой серийно. Размерные характеристики и параметрические данные ее приводятся в каталогах. Данные об осваиваемой арматуре дают типажи запорной, предохранительной и регулирующей арматуры промышленного назначения. При отсутствии конструкций, достаточно полно удовлетворяющих требованиям эксплуатации, и при достаточном обосновании технических требований производится разработка новых конструкций арматуры.
Материал корпусных деталей выбирается в зависимости от рабочих параметров среды и ее коррозионных свойств. Чугунная арматура является наиболее дешевой, так как отличается повышенной хрупкостью. Во всех случаях установки арматуры на ответственные объекты и трубопроводы применяют стальную арматуру как более прочную и надежную. В энергетических трубопроводах и установках, при транспортировке огне- и взрывоопасных сред, для сжиженных газов и токсических продуктов и в других подобных случаях применяют только стальную арматуру. Арматура из легированных сталей используется и при газообразных средах с температурой ниже минус 30 С.
Согласно нормативно-технической документации 151, при применении трубопроводной арматуры должны выполняться следующие требования: - применяемая трубопроводная арматура должна соответствовать требованиям безопасности к промышленной трубопроводной арматуре; - трубопроводную арматуру следует поставлять комплектной, испытанной и обеспечивающей расконсервацию без разборки; - арматура должна комплектоваться эксплуатационной документацией, в том числе паспортом, техническим описанием и руководством по эксплуатации. На арматуре следует указывать условное давление, условный диаметр, марку материала и заводской или инвентаризационный номер. - арматуру, не имеющую эксплуатационной документации и маркировки, можно использовать для трубопроводов категории V только после.ее ревизии, испытаний и технического диагностирования (экспертизы); - чугунную арматуру с условным проходом более 200 мм, независимо; от наличия паспорта, маркировки и срока хранения, перед установкой следует подвергнуть ревизии и гидравлическому испытанию на прочность ш плотность. - для уменьшения усилий при открывании запорной арматуры с ручг ным приводом и условным проходом свыше 500 мм при условном давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см") включительно и с.условным проходом свыше 350 мм» при условном давлении свыше 1,6 МПа (16 кгс/см") ее рекомендуется снабжать обводными линиями (байпасами) для выравнивания давления по обе стороны запорного органа; - применение запорной арматуры в качестве регулирующей (дросселирующей) не допускается; - арматуру в зависимости от рабочих параметров и свойств транспортируемой среды рекомендуется выбирать в соответствии с нормативно-технической документацией. - запорная трубопроводная арматура по герметичности затвора.выбирается из условий обеспечения норм герметичности. Классы герметичности затворов следует выбирать в зависимости от назначения арматуры: класс А -для веществ групп А, Б (а), Б (б); класс В - для веществ групп Б (в) и В на PN более 4 МПа (40 кгс/см ); класс С - для веществ группы В на PN менее 4 МПа (40 кгс/см2);
Возможности программы SOLID WORKS
Допускается производить наплавку электродами типа Э-10Х25Н13Г2 (ЭА-2) марок ОЗЛ-6, ЦЛ-25 без термообработки (для марок стали 15ХМ и Х5М необходим предварительный подогрев от 573 до 623 К).
Проточка наплавленной уплотнительной поверхности производится на горизонтально-фрезерном станке, на токарном станке, или расточном, притирка - на станке для механической притирки плоских поверхностей. ,
После окончательной обработки высота уплотнительной поверхности клина (С) должна быть не менее 2 мм (см. рисунок 1.9). Ширина уплотнительной поверхности клина должна быть не менее 1,5, но не более двойной ширины уплотнительного кольца корпуса.
Планирование и организация ремонта задвижек производится по графикам ремонта технологических установок и объектов предприятия. Сдача арматуры в специализированную мастерскую и получение после ремонта осуществляется по актам.
Сдаваемая в ремонт арматура должна быть укомплектована всеми деталями с открытым на 20 — 30 % затвором, промыта и очищена от нефтепродуктов.
Методика испытания арматуры после проведения ремонта Арматура после ремонта должна быть подвергнута следующим испытаниям /37/: - на плотность и прочность всех деталей, находящихся под давлением; - на герметичность соединений, сальниковых уплотнений и затвора.
Испытание на прочность и плотность материала и герметичность арматуры должно проводится водой при постоянном давлении Рпр /37/ в течение времени, необходимого для осмотра арматуры. Испытание арматуры в собранном виде производится при открытом на 20-30% затворе. При испытании пропуск и «потение» через металл не допускаются.
Детали, в которых течь или «потение» через металл исправлены заваркой, должны быть подвергнуты повторно гидравлическому испытанию давлением Рпр. При гидравлических испытаниях должно быть обеспечено вытеснение воздуха из внутренних полостей испытываемых узлов. Жидкая среда, оставшаяся после испытания, должна быть удалена.
Испытание арматуры на герметичность должно проводиться водой при давлении Ру /37/. Стальная арматура для газообразных, взрывоопасных, легковоспламеняющихся и токсичных сред должна испытываться воздухом при давлении 0,6 МПа (6 кгс/см"), если в проекте отсутствуют указания о величине давления пневмоиспытания.
Герметичность проверяется наливом воды на затвор. Пневмоиспытание может проводится только после испытания арматуры на прочность и плотность. При испытании на герметичность сальникового уплотнения задвижек подъем и опускание затвора производится на весь рабочий ход.
Испытание на герметичность верхнего уплотнения задвижек (при его наличии) производится при отсутствии сальниковой набивки и при двукратном подъеме и опускании шпинделя.
Испытание на герметичность затвора должно производится в одном из рабочих положений арматуры (производится при двукратном подъеме и опускании затвора на 30 % рабочего хода). При этом смазка уплотнительных поверхностей затвора не допускается.
В зависимости от назначения арматуры и предъявляемых к ней требований устанавливаются три класса герметичности затворов. Нормы герметичности затворов должны соответствовать при испытании водой и испытании воздухом /37 - 39/.
При обезличенном ремонте (узловой метод) для арматуры на Ру 20,0 МПа (200 кгс/см") нормы герметичности принимаются не ниже класса I.
При испытании задвижек со сплошным клином и шиберных (однодист ковых), а также задвижек с другими конструкциями затворов, не имеющих отверстий с пробками заглушками в крышке или корпусе, среда под давлением должна подаваться поочередно с каждой стороны прохода задвижки, с предварительным выравниванием давления на входе и во внутренней полости.
При испытании двухдисковых задвижек и клиновых с упругим клином, имеющих отверстия с пробками-заглушками в крышке или корпусе, допускается подача среды под давлением во внутреннюю полость на диски или клин.
Задвижки, имеющие приводы, должны испытываться на герметичность затвора со штатным приводом. После испытания жидкая среда должна быть полностью удалена из арматуры. трубопроводной арматурой- оснащаются все установки топливно энергетического комплекса. Быстрое развитие техники вызывает необходи мость разработки и изготовления большого количества различных конструк ций арматуры для самых разнообразных условий работы /58/. Диапазоны температур, давлений, вязкостей и других параметров применяемых рабочих сред непрерывно расширяется, а также увеличиваются технические и эконо мические требования к трубопроводной арматуре. - в настоящее время на нефтеперерабатывающих предприятиях и пред приятиях строительного комплекса вводится международная система каче ства: стандарт ISO 14001. Качество трубопроводной арматуры определяет не только эффективность эксплуатации, но в первую очередь безопасность экс плуатации /1, 2/. Однако единая система стандартов на данный момент не разработана. Предприятия выпускают свои документы, действующие только в рамках данной организации. Это приводит к тому, что на предприятии За 39 казчика и Изготовителя действуют различные требования к приемосдаточным испытаниям. В случае если Заказчик предъявляет более жесткие требования к испытаниям на прочность и герметичность конструкции арматуры, допущенная в эксплуатацию задвижка зачастую не выдерживает испытаний: проявляются различные дефекты в ее корпусе.
В связи с этим возникает необходимость оценки влияния гидродинамики на безотказную работу клиновых задвижек, а также оценки напряженно-деформированного состояния клина в процессе эксплуатации с учетом гидродинамики технологического потока.
Подготовка геометрии в CAD системе и импорт модели в FLOW VISION 2.3.3
Программа предоставляет возможность получить и представить распределенные характеристики.
Для получения этого представления, также как и в случае с интегральными характеристиками, с помощью плоскости определяется нужное сечение задвижки, в контекстном меню секущей плоскости выбирается команда «Создать слой» и в открывшемся диалоговом окне из списка «Переменная» задается физическая величина (Скорость), а из списка «Метод» — способ ее представления (Вектора).
Для предоставления не векторных физических величин в качестве метода могут использоваться «Заливка» или «Изолинии». При отображении распределения давления по поверхности, соответствующей внутренней стенке задвижки, используется метод «Заливка».
Существуют две особенности метода «Заливка». Если открыть окно со свойствами этого слоя, то в нем можно видеть три закладки:
Функциональное назначение первой закладки не отличается от предыдущего метода. Рассмотрим описание с третьей закладки - «Сохранение в файле». Эта опция позволяет записать в файл, в данном случае, величины давления на стенках корпуса и клина в каждой вершине фасетки, из которых он набран. В файле, при этом, записывается - время, номер итерации, а также таблица, в каждой строке которой - номер вершины, ее координаты в пространстве (X, Y, Z) и величина давления. Данное свойство предоставляет не только подробное описание распределения физической величины по поверхности корпуса, но и возможность использования этих данных в других программах, например, программах прочностных расчетов задвижки.
Это свойство можно применять к физическим величинам, анализ которых интересен именно в «пристеночной области» течения. Такими физическими величинами могут быть скорость, вязкие напряжения, а также турбулентные энергия и диссипация.
В арсенале анализа физических переменных FLOW VISION имеет целый набор функциональных возможностей по построению различного типа графиков (вдоль кривой, по окружности, двумерный график). Также программа предоставляет возможность анимации, в этом варианте визуализируются траектории движения виртуальных частиц. Этот метод позволяет более подробно анализировать движение жидкости в корпусе. В частности он позволяет видеть процесс закрутки потока жидкости около стенок клина. Программа FLOWVISION так же позволяет импортировать геометрию конструкции в формате ряда прочностных пакетов, например, NASTRAN, AN-SYS, ABAQUS. Если основная геометрия была импортирована из файла конечно-элементной сетки, в меню, выпадающее при нажатии правой кнопки мыши на элементе GEOMETRY (Геометрия) выбранной подобласти дерева препроцессора, добавляются пункты «SAVE SIDE LOADINGS IN FILE» («Сохранить нагрузки на фасетках») — сохранение результатов на сторонах, и «SAVE NODE LOADINGS IN FILE» («Сохранить нагрузки в узлах») — сохранение результатов в узлах (в настоящий момент реализовано только для сеток ANSYS). В этом случае нагрузки, рассчитанные в FLOWVISION, будут приложены к соответствующим элементам конечно-элементной расчетной сетки указанных выше программных комплексов.
Параметры для расчета в FLOW VISION выбирались исходя из требований к жидкости. Моделирование течения жидкости в задвижке выполнено в рамках математической модели турбулентного течения «несжимаемая жидкость». Условия для выполнения расчетов были выбраны исходя из реальных условий применения данной задвижки.
При исходных данных для расчета, приведенных выше, рассматривалось положение клина задвижки от 0 до 100% по степени закрытия.
В результате проведенных расчетов были получены зависимости максимального давления на клин от закрытия проходного сечения при различных скоростях потока. Для примера на рисунке 3.10 показаны зависимости максимального давления на клин от закрытия проходного сечения при скоростях потока 1,5 и 8 м/с.
Зависимости максимального давления на клин от закрытия проходного сечения при скоростях потока 1,5 и 8 м/с Видно, что давление (поперечная распределенная нагрузка) на клин максимально при закрытии проходного сечения на 95%. Характер кривых для промежуточных скоростей аналогичен. При этом увеличение скорости потока приводит к увеличению разности давлений при полностью открытом положении и закрытии на 95%.
Зависимость разности давления в системе и максимального давления на клин от скорости потока при закрытии проходного сечения на 95% представлена на рисунок 3.11. При помощи данной зависимости можно корректировать расчетное давление на поверхности клина задвижки в процессе расчета его напряженно-деформированного состояния, путем прибавления к давлению на поверхности клина разности давлений в зависимости от скорости потока сырья "расч. "раб. А -Г,
На рисунке 3.12, а показано распределение давления в плоскости задвижки по сечению при полностью открытом проходном сечении,.на-рисунке 3.12, б - при закрытии проходного сечения на 95%.
Картина распределения давления в плоскости задвижки дополняет анализ течения потока и показывает, что наиболее нагруженной деталью является клин.
Также для изучения гидродинамики движения перекачиваемого продукта применялась относительная скорость, выраженная в векторной-форме и характеризующая движение жидкости по отношению к стенкам задвижки. Пример графического представление векторного поля скоростей потока в. плоскости симметрии задвижки при закрытии проходного сечения на 95% приведен на рисунке 3.13. Поле скоростей наглядно показывает характер течения жидкости. При этом выделяются две зоны обратного тока и застойная зона (торможение потока). Наличие второй зоны обратного тока обусловлено ограничением размеров модели. Также поле скоростей показывает образование стационарных вихрей за клином и далее по сечению, что наиболее ярко отражает вариант закрытия на 95%. Следует отметить, что зона торможения потока в выходном патрубке имеет значительные размеры. Вихреоб-разование и рециркуляция потока жидкости (рисунок 3.14, а и 3.14, б), которые возникают в области сужения проходного сечения, объясняются тем, что при прохождении через препятствие в виде клина поток жидкости частично меняет направление и возникает обратное течение.
Структура САЕ-интерфейса. Моделирование задачи в программном комплексе ABAQUS
Анализ полученной зависимости напряжения клина при входе в посадочное место от давления (рисунок 4.5), показал, что напряжения в исследуемом интервале температур начинают превышать допускаемые значения при давлении на клин свыше 13 МПа.
Данная зависимость позволяет вводить ограничения по рабочему давлению в трубопроводе с учетом корректировки давления по рисунку 3.14.
Также были получены зависимости перемещений клина при входе в посадочное место от давления при различных температурах (рисунок 4.6).
Расчеты показали, что существует определенный диапазон сочетаний температур и давлений, при которых клин в процессе закрытия не входит в посадочное место, отклоняясь от вертикали, то есть, происходит превышение допускаемых перемещений.
Для примера на рисунке 4.7,а показана картина НДС клина при действии давления (распределенной поперечной нагрузки). Клин в этот момент еще не достиг посадочного места, и напряжения, действующие на него, не превышают допускаемых напряжений. На рисунке 4.7, а представлена картина напряженно-деформированного состояния (НДС) клина в процессе закрытия при температуре 20 С и давлении 16 МПа. В нижней части клина расположена зона с максимальными напряжениями (375 МПа). При этом перемещения находятся в допускаемых пределах, и клин входит в посадочное место.
В отличие от этих условий, при температуре 20 С и давлении 17,6 МПа клин застревает (рисунок 4.8) и при полном его закрытии часть металла срезается. Четко видно, что максимальные напряжения возникают на поверхности клина, что в дальнейшем приводит к деформации и разрушению тарелок клина. Зона повышенных напряжений перемещается по тарелке клина. Область, где происходит заклинивание, показана на рисунке 4.8.
На рисунке 4.10 показана картина НДС в зацепах клина в процессе открытия задвижки. От момента открытия задвижки до открытия проходного сечения на 5% в зацепах клина возникает зона концентрации напряжений (рисунок 4.10). При этом максимальные напряжения превышают предел текучести.
Анализ зависимости напряжения в зацепах клина от давления в момент открытия задвижек различного исполнения (рисунок 4.12) показал, что напряжения в исследуемом интервале температур превышают предел текучести при давлении на клин свыше 5 МПа.
Полученные результаты показывают необходимость учитывать цикличность изменения напряжений в зацепах клина в процессе эксплуатации при проведении прочностных расчетов. Результаты расчета НДС клина представлены в таблице 4.1.
Темпе-ратура, С Давлен ие на клин, МПа Модуль упругое ти мат-ла клина, кН/мм" Модуль упругое ти мат-ла колец, кН/мм" Допускаемоенапряжениєна клин,МПа Напряжениенаклин взонепосадочного места,МПа Перемещениеклина,мм Напря женияна зацепаXклина, МПа
При определении напряженно-деформированного состояния клина с учетом разности давления в системе и максимального давления на клин в процессе открытия-закрытия задвижки появляется возможность корректировки рабочего давления в трубопроводе для обеспечения необходимого срока, службы. Для задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 в исследуемом интервале температур
Установлено, что в момент открытия задвижки напряжения в зацепах достигают предела текучести, и уменьшаются при открытии проходного сечения начиная с 5%. Для задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 напряжения в зацепах при открытии достигают предела текучести при давлении на клин свыше 5,0
Проведенный анализ статистических данных показал, что основными причинами выхода из строя клиновых задвижек являются повреждения клина. При закрытии задвижки наиболее характерно возникновение повреждений в посадочном месте клина (поверхность тарелок), при открытии - разрушение зацепов клина.
Решена комплексная задача оценки напряженно-деформированного состояния деталей клиновых задвижек с учетом гидродинамических характеристик потока среды.
Установлено, что распределенная поперечная нагрузка на клин изменяется в зависимости от проходного сечения, достигая максимального значения при закрытии клина на 95%. При этом получено, что увеличение значения давлении в системе при постоянной скорости потока среды должно менее негативно сказываться на накоплении повреждений задвижки, нежели увеличение скорости потока среды при постоянном давлении в системе. Так, в диапазоне рекомендуемых скоростей течения жидкости для задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 разность давления в системе и максимального давления на клин увеличивается от 0,3 МПа при скорости 1,5 м/с до 1,6 МПа при скорости 8 м/с.
Доказано, что при определении напряженно-деформированного состояния клина с учетом разности давления в системе и максимального давления на клин в процессе открытия-закрытия задвижки появляется возможность корректировки рабочего давления в трубопроводе для обеспечения необходимого срока службы. Для задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 в исследуемом интервале температур от 20 до 200 С давление на клин можно ограничить 13 МПа, при котором напряжения и перемещения при закрытии не превышают допускаемые значения.
Установлено, что в момент открытия задвижки напряжения в зацепах достигают предела текучести, и уменьшаются при открытии проходного сечения начиная с 5%. Для задвижки ЗКЛ2 200-160 ХЛ1 напряжения в зацепах при открытии достигают предела текучести при давлении на клин свыше 5,0 МПа.
