Арматура для холодильной техники

29 Окт Арматура для холодильной техники

АРМАТУРА

ТРЕБОВАНИЯ К АРМАТУРЕ ДЛЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

В холодильных установках применяют самую разнообраз­ную арматуру, существенно влияющую на качество их работы.

В целом конструкция арматуры должна отвечать требованиям, предъявляемым к условиям эксплуатации установок и учитывать пе­репад и потери давления, температуру, плотность и агрессивность рабочей среды, коррозионную стойкость материала, из которого вы­полнены установки. В последнее время все большее значение приоб­ретает специальная арматура. Например, ручной вентиль в холодиль­ной установке должен быть защищен от обледенения и коррозии резьбы, для чего предусматривают внутреннюю резьбу шпинделя. Усовершенствование холодильных установок, их полная автомати­зация и использование в новых областях хозяйства и техники также требуют специальной арматуры с повышенными показателями на­дежности.

Применение хладонов ставит повышенные требования к сухости, чистоте и герметичности арматуры. Внутренние плоскости и работающие детали не должны содержать следов ржавчины, окалины, стружки и других загрязнений. Во внутренней полости не должно быть свобод­ной воды и какой-либо другой жидкости. Хладоны из-за их маслорастворимых свойств и особо низким поверхностным натяжением могут открывать мельчайшие поры, забитые обычно смазочным маслом. Негерметичность приводит к большим потерям, связанным с плотно­стью и относительно низкой вязкостью паров хладагента. ТGL31199 допускает максимальную утечку хладагента из-за негерметичности менее 15 г в год. Во избежание утечек хладагента во внешнюю среду исполь­зуют герметичные и бессальниковые компрессоры и вентили, отказываются от общепринятых фланцевых и резьбовых сое­динений.

Арматура, применяемая на судах, функционирует в специфичес­ких условиях и к ней предъявляются особые требования. Типичными нагрузками являются бортовая качка до 25°, дифферент до 10, крен судна до 35°, вибрация примерно до 30 Гц, с ускорением до 1.8y, а также агрессивная внешняя среда. Следует также обратить внимание на классификационные требования различных морских регистров, в соответствии с которыми принимают арматуру, предназначенную для судовых холодильных установок.

К типичным для железнодорожного транспорта нагрузкам отно­сятся прежде всего нагрузка при вибрациях в диапазоне частот 1 – 150 Гц по всем трем координатам и нагрузка при толчках и ударах с максимальным ускорением 40 м/с².

Область давления определяется в соответствии с температурами насыщения данного хладагента (основной применяемый диапазон (–50 ? 150 °С). Как правило, рабочее давление определяют в зависи­мости от температуры насыщения. Однако при экстремальных условиях, например, при крайних внешних температурах или при оттайке горячим газом, давление повышается.

Для новых высокопроизводительных герметичных и бессальниковых холодильных компрессоров, имеющих при высокой частоте вращения небольшую массу, требуется легкая малогабаритная арматура. Можно сформулировать следующие требования к арматуре, приме­няемой в современных холодильных установках:

1)  арматура должна быть стойкой к действию давления, темпера­туры, хладагента и масла;

2)  герметичность по отношению к внешней среде должна соответ­ствовать требованиям стандартов;

3)  арматура должна быть приварена или припаяна к трубопроводам;

4)   уплотнение в затворе вентиля или клапана не должно допус­кать утечек хладагента, которые могли бы вызвать нарушение работы холодильной установки;

5)   арматура должна быть легкой и обслуживаться без вспомога­тельных средств;

6)   арматура не должна вызывать заметных потерь давления, за исключением клапанов с дроссельным эффектом;

7)  необходимые детали должны поставляться в комплекте и легко меняться;

8) масса и размеры арматуры должны быть небольшими;

9) так как холодильные установки не могут быть полностью свободными от загрязнений и инородных тел, арматура должна быть не­чувствительной к попадающим в среду загрязнениям;

10)   клапаны должны монтироваться в любом положении (это требование можно реализовать не для всех типов арматуры: обратный, предохранительный клапаны и др.).

Порядок перечисления требований не связан со степенью их важности и может оказаться, что из технико-экономических соображений одних случаях какое-то требование будет более существенным, в других – менее.

В настоящее время автоматика находит все более широкое приме­нение не только в малых, но и в промышленных холодильных установках. Почти полностью автоматизированы в современных холодильных установках регулирование давления и температуры и периодическая оттайка. Автоматически должны работать также запорные и регулирующие органы.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ И АРМАТУРЫ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Основные характеристики. При разработке трубопроводов в первую очередь учитывают две основные характеристики – условный проход и условное давление. Основанием для определения параметров и выбора арматуры явля­ется максимальный расход, рабочее давление и рабочий диапазон тем­пературы. По этим данным можно рассчитать условный проход и ус­ловное давление, но они не связаны со специфическими условиями применения и недостаточны для выбора в качестве критериев. Поэтому различают стандартную, или универсальную, и специальную арматуру. Первую рассчитывают независимо от специфических условий приме­нения, но конструкция, расчет и изготовление специальной арматуры без такого учета невозможны.

Условный проход. Условный проход характеризует внутренний диаметр трубопрово­дов и их частей. Для условного прохода принято обозначение D_у с указанием соответствующего внутреннему диаметру числового зна­чения в миллиметрах. Однако не во всех случаях возможно полное совпадение, так как внешний диаметр прежде всего труб и фасонных деталей определяют с учетом сортамента. Таким образом, внутренний диаметр в зависимости от толщины стенок имеет большие или мень­шие отклонения от стандартного условного прохода. Условный проход трубопровода и арматуры, внутренние диаметры которых у присоеди­нительного фланца равны, например, 100 мм, определяют как D_у 100.

Необходимый внутренний диаметр получают согласно уравнению:

Для скорости потока u берется экономически обоснованная или допустимая величина. Диаметр трубы выбирают путем округления из стандартного ассортимента труб. Как правило, применяют арматуру с условным проходом, равным диаметру трубопровода.

Условное, рабочее и пробное давление. Для оценки характеристик арматуры используют понятия условного, рабочего и пробного давления. На практике широко применяют понятие избыточного давления, измеряемого с помощью обычного манометра или мановакуумметра. При работе с манометром абсолют­ного давления избыточное давление находят как разность между аб­солютным и атмосферным давлением. Приближенно избыточное дав­ление равно абсолютному, уменьшенному на 0.1.

Условным называют максимальное избыточное давление, Которым может быть нагружена арматура в процессе длительной экс­плуатации при температуре рабочей среды 293 К (20 °С). Величина условного давления зависит от конструк­ции и размеров арматуры и деталей, выбранных материалов и харак­теристик их прочности. Условное давление обозначают символом р_y. Его значения должны соответствовать 0.1; 0.16; 0.25; 0.4; 0.63; 1.0; 1.6; 2.5; 4.0 и т.д. МПа.

Рабочим называют максимальное избыточное давление, при котором обеспечивается работа арматуры в заданном диапазоне тем­ператур. Рабочее давление обозначают символом р_р. Значения рабочих давлений определяют по таблицам ГОСТ 356-80.

Пробным называют избыточное давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание арматуры на прочность и плотность при температуре ниже 278 К (5 °С) и не выше 343 К (70 °С). Пробное давление обозначают символом р_пр и определяют по формуле:

где k – коэффициент, принимающий следующие значения: при  до 20 МПа, равный 1.5, от 20 МПа до 56 МПа – 1.4; s₂₀ и s – допускаемые напряжения материала при температуре 293 К (20 °С) и максимальной температуре среды.

РАСЧЕТ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ АРМАТУРЫ

Расход рабочей среды, проходящей через арматуру зависит от условного прохода, давления и гидравлического сопротивления, вида и температуры среды.

Объемный расход:

В стандартах и каталогах коэффициент k_v и пропускная способность арматуры даются для наиболее употребительных хладагентов в жидком и парообразном состоянии. Объемный расход и соответствующая ему пропускная способность (холодопроизводительность) могут быть определены по вышеприведенной формуле.

Для жидкого хладагента:

где  – объемный расход хладагента, проходящий через арматуру, м³/ч; k_v – коэффициент условной пропускной способности, м³/ч; Dp – разность давлений на входе и выходе арматуры, МПа; r_F – плотность жидкости, кг/дм³;  – холодопроизводительность жидкого хладагента, кДж/ч; Dh – разность энтальпий хладагента.

Для парообразного хладагента (предполагается, что p₃ / р₁ ? 0.95, т.е. поток можно рассматривать как несжимаемый):

где – объемный расход, хладагента, проходящего через арматуру, м³/ч;  – холодопроизводительность, соответствующая расходу газа, Дж/ч; r_G – плотность пара после арматуры, кг/дм³.

После подстановки можно получить:

За номинальную принимают холодопроизводительность при температуре кипения t₀ = –10 °С, температуре жидкости перед арматурой t_F = 25 °С и падении давления в арматуре Dр = 0.014 МПа. Измерение температуры жидкости на ± 10 % дает изменение холодопроизводительности приблизительно на ± 10 % для фреонов и около ± 5 % для аммиака.

Расход перегретого пара обычно приводят при температуре насыщения +35 °С, падении давления в арматуре Dр = 0.1 МПа и при температуре перегретого пара 60 °С. Изменение температуры перегретого пара на ± 10 К меняет расход хладагента, проходящего через арматуру, приблизительно на ± 2 %.