Затвор (клапан) обратный

АДРЕСА

Юридический: 456219 Челябинская обл., г. Златоуст, кв. Молодежный, д. 7

Фактический: 456219 Челябинская обл., г. Златоуст

ТЕЛЕФОНЫ

+7 (3513) 65-88-15

+7 951 452 60 42

E-MAIL

89514526042@mail.ru

Одним из ключевых направлений нашей организации является выполнение инженерно-технических расчетов в области общего машиностроения,  ёмкостного оборудования и трубопроводной арматуры.

Работа по данному направлению ведётся совместно с Южно-Уральским государственным университетом (ЮУрГУ), т.к. некоторые сотрудники  НПП «Механика» являются действующими преподавателями ЮУрГУ.

Проектирование трубопроводной арматуры.

Процесс проектирования изделия на предприятии НПП «Механика» включает в себя два этапа:

– проектный расчет аналитическим методом с использованием известных зависимостей;

– проверочный расчет с использованием современных методов компьютерного моделирования.

Совершенство конструкции изделия оценивают по ее надежности и экономичности. При этом под надежностью понимают вероятность безотказного выполнения определенных функций в течение заданного срока службы без внепланового ремонта. Экономичность определяется стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

Рассмотрим основные критерии работоспособности и расчета прочности на примере обратного клапана DN80 PN63 L120, изображенного на рисунке 1. Для того чтобы изделие было надежным, оно должно быть работоспособным. Работоспособность клапана обратного оценивается по ряду критериев:

прочность при сопротивлении внутреннему избыточному давлению РN 6,3 МПа;

износостойкость при абразивном износе элементов проточной части;

жесткость запирающего элемента для обеспечения герметичности затвора;

теплостойкость деталей изделия при рабочей среде с температурой до 550 ºС;

вибрационная устойчивость при воздействии колебаний вызванных большой скоростью транспортируемой среды.

Рисунок 1 – Общий вид клапана DN80 PN63 L120

Прочность является главным критерием работоспособности обратного клапана. Основными деталями, испытывающие ключевые нагрузки, являются корпус и запорный элемент клапана, поэтому при гидравлических испытаниях корпусных деталей внутреннее избыточное давление составляет 1,5 PN (превышение номинального давления на 50%), а при проверке запорного органа на герметичность давление 1,1PN (превышение на 10%). Результаты проверочного расчета методом компьютерного моделирования подтвердили обеспечение требуемой прочности корпуса клапана, а именно: максимальное значение эквивалентных напряжений 69,1 МПа наблюдаются в зоне обечайки клапана, при том, что для материала корпуса клапана предел текучести [σ]=220 МПа. Наблюдается более чем трехкратный запас по прочности. На рисунке 2 показан клапан в составе трубопровода, на изображении видно распределение напряжений в элементах конструкции. При прямом течении рабочей среды запорный элемент не испытывает существенных нагрузок.

Рисунок 2 – Распределение эквивалентных напряжений клапана в составе трубопровода (положение запорного органа «открыто»)

Жесткость наряду с прочностью является одним из основных критериев расчета. Во многих случаях именно по условиям жесткости определяют размеры деталей.

Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы. Такими условиями могут быть, например: условие работы запорного элемента клапана (герметичность соединения затвора и седла нарушается при больших прогибах затвора). В ходе проверочного расчета была произведена оценка прочности и  жесткости запорного элемента, на рисунке 3 показано распределение напряжений и перемещений в конструкции клапана. Запорный элемент должен быть достаточно жестким, сохранение его геометрии под действием рабочих нагрузок обеспечивает герметичность в зоне контакта с седлом.

а)
б)

Рисунок 3 – Распределение эквивалентных напряжений клапана в составе трубопровода (положение запорного органа «закрыто»): а) клапан в составе трубопровода; б) клапан, трубопровод условно скрыт

Максимальное значение эквивалентных напряжений около 65,2 МПа наблюдаются в зоне обечайки клапана, при том, что для материала корпуса клапана предел текучести [σ]=220 МПа, условие прочности выполнено, коэффициент запаса по прочности k=3,4.

Рисунок 4 – Распределение перемещений клапана в составе трубопровода (положение запорного органа «закрыто»)

Как видно из рисунка 4, максимальное значение перемещения наблюдается в зоне запорного элемента и составляет 0,013 мм, столь малое значение обеспечено значительной толщиной детали, условие жесткости выполнено.

Износ – процесс постепенного уменьшения размеров деталей в результате трения.

Интенсивность износа, следовательно, и срок службы изделия зависит от величины давления на поверхности соприкасания и скорости скольжения.

На примере обратного клапана можно выделить несколько видов изнашивания деталей: абразивный износ запорного органа под действием транспортируемой среды (износ, происходящий вследствие царапающего действия твердых частиц в рабочей среде), износ при коррозии.

Для снижения действия абразивного износа необходимо снизить величину допускаемых давлений и уменьшить скорости скольжения. На рисунке 5 показано влияние угла открытия запорного органа на скорость скольжения рабочей среды.

а)
б)
в)

Рисунок 5 –Течение рабочей среды через обратный клапан, влияние угла открытия запорного элемента на скорость скольжения рабочей среды: а) угол открытия 10º; б) угол открытия 30º; б) угол открытия 85º

Из рисунка видно, что при малом угле открытия 10º скорость течения рабочей среды через малое проходное сечение составляет около 0,5 м/с; при открытии на 30º максимальное значение скорости снизилось до 0,29 м/с; а при полном открытии на угол 85º скорость жидкости не более 0,19 м/с. Данные эпюры наглядно демонстрируют то, как местные сопротивления влияют на линейные скорости течения жидкости, это позволит определить зоны наиболее подверженные абразивному износу и предпринять меры по его предупреждению в процессе работы трубопровода. На основе проектных расчетов и выполненного компьютерного моделирования была разработана конструкторская документация и изготовлен клапан DN80 PN63 L120, изображенный на рисунке 6. После изготовления клапан проходит гидравлические испытания, по результатам испытаний оформляется паспорт (ссылка на паспорт) на изделие и руководство по эксплуатации. (ссылка на руководство) На завершающих этапах изготовления продукции наносится лакокрасочное покрытие, производится консервация и упаковка изделия.

Проектирование ёмкостного оборудования

Выполнен инженерно-технический расчет по теме: «Прочностной расчет и расчет сейсмостойкости устройства осаждения и нейтрализации производственных стоков». Суммарная масса ёмкости с учётом заправки – 9015 кг, внутренний диаметр ёмкости – 2 м, высота – 2 м. Заказчиком работы было предоставлено техническое задание и оговорены сроки выполнения работ. В ходе данной работы был  выполнен проектировочный расчёт, а также проверочный расчёт прочности и сейсмостойкости изделия. Проведены проверочные расчёты прочности конструкции при заданных статических и сейсмических нагрузках, определены геометрические размеры элементов конструкции и коэффициенты запаса прочности. Данные расчетов были представлены в виде эпюр напряженно-деформированного состояния, в качестве фрагментов расчета приведены рис. 1 и рис. 2. Сам расчет оформлен в виде пояснительной записки на 24 страницах.

Рисунок 1 – Распределение эквивалентного напряжения (МПа) в конструкции
Рисунок 2 – Распределение результирующего перемещения (мм) в конструкции

В результате работы было установлено, что требования к прочности и устойчивости конструкции реактора при статических и сейсмических нагрузках выполняются.

В качестве ещё одного примера инженерно-технического расчета можно привести работу по теме: «Прочностной расчет устройства  предназначенного для снижения концентрации углекислого газа в воде после очистки на катионитных фильтрах». Конструктивная схема изделия представлена  на рис. 3. Масса пустого устройства – 8950 кг, внутренний диаметр ёмкости – 3,4 м, высота – 4,2 м.

Рисунок 3 – Конструктивная схема изделия

В ходе работы были решены следующие задачи:

1. Определение исходных данных для выполнения работы;

2. Определение минимальной допустимой толщины цилиндрической обечайки;

3. Определение минимальной допустимой толщины плоского днища;

4. Проверочный расчёт прочности ёмкости под действием максимальных эксплуатационных статических нагрузок.  В ходе проверочного расчета были определены эпюры, эпюра распределения эквивалентного напряжения приведена на рис. 4

Рисунок 4 – Распределение эквивалентного напряжения (МПа) (продольное сечение)

В результате выполненного расчета было установлено, что требования к прочности и устойчивости конструкции изделия при статических нагрузках выполняются. Расчет на сейсмическое воздействие в рамках данной работы не проводился т.к. категория сейсмостойкости помещения – III в соответствии с НП-031-01. В соответствии с пунктом 2.12 «Норм проектирования сейсмостойких атомных станций» НП-031-01 проектирование элементов АС III категории сейсмостойкости следует выполнять в соответствии с действующими нормативными документами, требования которых распространяются на гражданские и промышленные объекты.

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие «Механика» было организовано при поддержке Федерального государственного бюджетного учреждения  «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» в 2016 году. Фондом был выделен грант на выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), тема работы была связана с повышением технического уровня и эффективности использования специального оборудования, применяемого при строительстве и ремонте нефте-газопроводов большого диаметра. После плодотворной научно-исследовательской деятельности работа по гранту успешно завершилась.

Во время выполнения НИОКР по теме гранта одним из сотрудников НПП «Механика» параллельно велась диссертационная работа на соискание степени кандидата технических наук. Практическая значимость и научная новизна выполненной работы была отмечена членами диссертационного совета при успешной защите кандидатской диссертации в 2017 году в г. Челябинске.

С момента организации в 2016 году  НПП «Механика» занималось исключительно теоретическими исследованиями, подготовкой технической и конструкторской документации на изделия, используемые в трубопроводном транспорте нефти и газа, а так же в трубопроводном арматуростроении.

Полученные в ходе НИОКР практический опыт и теоретические знания в области проектирования и конструирования позволили расширить круг решаемых задач, в связи с чем, в 2020 году было принято решение начать собственную производственную деятельность.

На сегодняшний день НПП «Механика» имеет несколько основных направления деятельности:

– преподавательская деятельность по техническим дисциплинам ВУЗа;

– научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы;

– инженерно-технические расчеты;

– производство обратной трубопроводной арматуры.

Наша организация это один из тех редких примеров, когда накопленный научно-технический потенциал стремится реализоваться в практической деятельности. В августе 2020 года были оформлены первые разрешительные документы на серийный выпуск обратной трубопроводной арматуры по следующим регламентам:

– Технический регламент Таможенного союза “О безопасности машин и оборудования” (ТР ТС 010/2011);

– Технический регламент Таможенного союза “О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением” (ТР ТС 032/2013).

Мы только начали свою производственную деятельность и не скрываем этого, пусть наших потенциальных партнеров не смущает факт отсутствия хозяйственной деятельности ранее, ведь это обоснованно началом нового для нас направления открытого несколько месяцев назад. Наряду с этим мы стараемся заработать хорошую репутацию и надеемся на плодотворное сотрудничество.