СТ
ЦКБА 037-2006 Арматура трубопроводная. Узлы сальниковые. Конструкция и
основные размеры. Технические требования
СТ
ЦКБА 055-2008 Арматура трубопроводная. Затворы арматуры с уплотнением из
фторопласта-4 и композиционных материалов. Технические требования и методы
крепления уплотнительных колец
СТ
ЦКБА 057-2008 Арматура трубопроводная. Коэффициенты трения в узлах арматуры
СТ
ЦКБА 060-2008 Арматура трубопроводная. Ходовые резьбовые пары. Основные
технические требования
СТ
ЦКБА 068-2008 Арматура трубопроводная. Затворы запорных клапанов с
уплотнением «металл по металлу». Технические требования
СТ
ЦКБА 072-2009 Арматура трубопроводная. Крутящие моменты и размеры маховиков
и рукояток
СТ
ЦКБА 086-2010 Арматура трубопроводная. Технические данные и характеристики
для силовых расчетов арматуры
2.2 В настоящем стандарте использованы следующие обозначения
определяемых усилий и моментов:
Q0 - наибольшее усилие вдоль шпинделя;
Q - усилие вдоль шпинделя в конечный момент закрытия
или в начальный момент открытия;
Q1 и Q1′ - усилия
вдоль шпинделя (подача среды на золотник) при подходе золотника к седлу при
закрытии и отрыве золотника от седла при открытии соответственно;
М и М′ - наибольшие крутящие моменты на
маховике или рукоятке при закрытии и открытии соответственно;
Мр и Мр′ - моменты
в резьбе в конечный момент закрытия и начальный момент открытия соответственно;
Мр1 и Мр1′ -
моменты в резьбе (подача среды на золотник) при подходе золотника к седлу при
закрытии и отрыве золотника от седла при открытии соответственно;
Мп и Мп′ - моменты
трения в пяте в конечный момент закрытия и начальный момент открытия
соответственно;
Mб1 и Мб1′ -
моменты трения в бурте соединительной муфты (подача среды на золотник) при
подходе золотника к седлу при закрытии и отрыве золотника от седла при открытии
соответственно;
Qв и Мв - усилие по
шпинделю и крутящий момент на маховике или рукоятке при создании верхнего
уплотнения;
Qм и Qм′ -
необходимые усилия на маховике или рукоятке при закрытии и открытии
соответственно;
Qом - максимально возможное усилие вдоль
шпинделя при расчете сверху;
qум - максимально
возможная удельная нагрузка в уплотнении при расчете сверху;
qп - предельно допустимая удельная
нагрузка в уплотнении;
Tш и Тш′
- усилия трения в шлицах (в шпонке или в другой детали, передающей вращение от
приводного вала к шпинделю при наличии электропривода) в конечный момент
закрытия и начальный момент открытия соответственно;
Tш1 и Тш1′
- усилия трения в шлицах (подача среды на золотник) при подходе золотника к
седлу при закрытии и отрыве золотника от седла при открытии соответственно;
Мэ и Мэ′ -
наибольшие крутящие моменты на приводном валу электропривода;
Мэ1 и Мэ1′ -
крутящие моменты на приводном валу электропривода (подача среды на золотник)
при подходе золотника к седлу при закрытии и отрыве золотника от седла при
открытии;
Мэ2 и Мэ2′ -
крутящие моменты на приводном валу электропривода (подача среды на золотник) в
конечный момент закрытия и начальный момент открытия.
2.3 В настоящем стандарте использованы следующие обозначения
исходных данных:
Р - расчетное давление;
ΔР - перепад давления, при котором производится
закрытие или открытие клапана;
P1 - давление над золотником в закрытом
положении;
D1 и D2
- внутренний и наружный диаметры уплотнения.
Dнар и Dвн
- наружный и внутренний диаметры сильфона (тип II).
2.4 В настоящем стандарте использованы следующие обозначения
входящих в расчет величин:
Dвыт - средний
диаметр, принятый при расчете площади Fшп;
F - площадь действия давления среды на золотник;
Fшп - площадь
действия давления среды на шпиндель;
Qcp и Qср′ -
усилия от давления среды на золотник при закрытии и открытии соответственно;
Мрв и Мбв′ -
моменты в резьбе и в бурте при создании верхнего уплотнения;
Мрз и Мро′ -
моменты в резьбе в начальный момент закрытия и конечный момент открытия;
Мз и Мз′ -
крутящие моменты на маховике или рукоятке в начальный момент закрытия и
конечный момент открытия;
M1 и M1′ -
крутящие моменты на маховике или рукоятке (подача среды на золотник) при
подходе золотника к седлу при закрытии и отрыве золотника от седла при
открытии;
М2 и М2′ -
крутящие моменты на маховике или рукоятке (подача среды на золотник) в конечный
момент закрытия и начальный момент открытия;
Мрасч - расчетный крутящий момент на
маховике или рукоятке;
Мкр* - крутящий момент, по
которому подбирается маховик или рукоятка;
Мкр - крутящий момент, развиваемый
выбранным маховиком или рукояткой, или электроприводом;
Qшп и Qшп′
- усилия, выталкивающие шпиндель в закрытом и открытом положении
соответственно;
Qср.м - наибольшее усилие от давления
среды (подача среды под золотник);
Qy и Qy0 - усилия,
необходимые для уплотнения при давлении Р и при Р → 0
соответственно;
Qом1 - максимальное усилие вдоль шпинделя
при закрытии без среды;
Qyм - максимально возможное усилие
уплотнения при расчете сверху;
Q2 - усилие вдоль шпинделя,
соответствующее уплотнению разгрузочного золотника при отсутствии перепада
давлений;
Qз и Qз′ - усилия вдоль шпинделя в начальный
момент закрытия и конечный момент открытия соответственно;
Qст - осевая
статическая нагрузка для подшипника;
i и n - передаточное число и коэффициент полезного действия
редуктора;
Tc
- сила трения в сальнике;
l - длина линии уплотнения;
n1 - коэффициент,
учитывающий угол наклона β и трение в уплотнении;
qy и qy0
- погонные нагрузки, необходимые для уплотнения при давлении Р и при Р
→ 0 соответственно;
qy1,
qy2, qy′ и qy10 - погонные
нагрузки при расчете qy и qу0;
Ly - условное плечо момента трения в уплотнении;
Lp,
Lp′, Lp″ - условные
плечи момента в резьбе шпинделя;
3.1.1 Задачей расчета является определение усилий и
моментов, необходимых для управления клапаном, и получение исходных данных для
расчета на прочность.
- вид ручного привода (маховик, двуплечная рукоятка,
одноплечная рукоятка или ключ);
- расположение маховика;
- геометрические размеры запорного клапана: β, a,
D, dc, Dн, Н, Dм
(или L), D1 и D2 (рисунки 1 и 2);
- d×h - наружный диаметр d и ход
резьбы шпинделя h (для однозаходной резьбы ход равен шагу t);
- величины давлений: Р, ΔР, Р1.
Знаком «~» отмечены величины без учета
коэффициентов x, x1,
x1′, x2,
x3′.
3.3 Приведенные на рисунке 1 схемы клапанов распространяются на клапаны с различными
конструкциями корпуса (проходные, угловые, со смещенными патрубками,
прямоточные).
Вместо цельного невращаемого шпинделя могут быть невращаемые
шпиндель и шток.
Соединение золотника со шпинделем - любое, имеющее осевой
люфт.
При отсутствии осевого люфта (например, неразъемное
соединение) для случая подачи среды на золотник или для верхнего уплотнения
величины qy10, qy0 и Qy0
не определяют. Формулу для Q(Qв) при Qy
≤ Qcp заменяют формулой Q(Qв)
при Qy > Qcp.
Рисунок 1 - Схемы клапанов, буртов и уплотнений шпинделя
Рисунок 2 - Виды уплотнений затвора
3.4 Если клапан закрывают и открывают при
перепаде давления ΔР, то при расчете величин qy1 и Qcp вместо давления Р
принимают величину ΔР, а при расчете усилия Qшп
принимают величину P1. Формулы для Q0, М
и М′ (подача среды на золотник) заменяют формулами из раздела «Усилия
и моменты при наличии ΔР (подача среды на золотник)» приложения А.
Если при подаче среды на золотник клапан закрывают при
давлении Р, а открывают - при перепаде давления ΔР и
давлении над золотником в закрытом положении P1 (ΔР
≤ P1 ≤ Р), то формулу для Q1′
и Q̃1′ заменяют формулой,
приведенной в том же разделе приложения А.
При определении усилий и моментов в открытом положении
жесткостью сильфонов (типы I и II) пренебрегают.
3.5 Наружный и внутренний диаметры сильфона Dнар и Dвн (рисунок 1) принимают согласно стандартам или
техническим условиям. Если приводят величину эффективной площади Fэф, то величины Dнар,
Dвн и Dвыт не
определяют, а принимают Fшп = Fэф.
3.6 Для уравновешенного золотника (например, золотник в виде
поршня с центральным отверстием) величину Qcp
принимают равной нулю (Qcp = 0).
3.7 За средний диаметр бурта dб принимают наименьший из средних диаметров касания
верхнего и нижнего буртов соединительной муфты с опорами. Наиболее часто
наименьшим является средний диаметр касания верхнего бурта.
За средний диаметр бурта dбэ
(при наличии электропривода) принимают средний диаметр касания бурта кулачковой
втулки и опоры. При закрытии этот бурт воспринимает силу в шлицах (шпонке). При
открытии сила трения в шлицах (шпонке) передается на бурт внутри электропривода
и поэтому не учитывается при определении момента на выходе приводного вала.
Наиболее характерные типы буртов показаны на рисунке 1.
Коэффициент трения в бурте де без смазки: 0,15 - при
сочетании материалов чугун-чугун и 0,3 - 0,4 - при сочетании материалов
сталь-сталь.
3.8 Усилия Qy, Qy0
и Qcp для расчета верхнего уплотнения определяют по формулам раздела
«Основные усилия» приложения А.
При этом в графе в виде дроби вписывают два значения соответствующих величин
(геометрических размеров, коэффициентов, погонных нагрузок и усилий): в
числителе - для основного уплотнения, в знаменателе - для верхнего уплотнения.
3.9 Если Q1 ≤ 0 или Q1′
≤ 0, то величины M1 или M1′ не
определяют и не учитывают при расчете величин М или М′.
R1 и R2
- радиусы подпятника и пяты соответственно (для плоского подпятника R1
= ∞, a R = R2);
Е - приведенный модуль упругости, Е = 2E1·E2/(E1
+ E2);
Е1 и Е2 - модули
упругости подпятника и пяты соответственно (для стальных пяты и подпятника Е
≈ 2·106 кгс/см2).
Формула для dп справедлива, если величина dп
мала по сравнению с радиусом R2.
3.14 Усилие трения в шпонках Tшп (или в других деталях, не допускающих
вращение штока или соединительной муфты) учитываются коэффициентами x, x1, x1′, x2,
x3′. Величины этих
коэффициентов приведены в 3.11 и 3.12.
Усилие трения в шлицах Тш (в шпонке или в
другой детали, передающей вращение от приводного вала к шпинделю при наличии
электропривода) приближенно принимают равным 0,1 от усилия вдоль шпинделя.
Формулы для усилий в шпонках и шлицах имеют вид:
а) для шпонки, ограничивающей
вращение штока при усилии Qбез,
направленном вверх, усилие Тшп определяют из уравнения:
Тшп·Rшп = Мп·μшп,
где момент трения в
пяте Мп определяется в зависимости от усилия Qбез + Тшп или Qбез - Тшп;
б) для шпонки, ограничивающей
вращение штока при усилии Qбез,
направленном вниз, а также шпонки, ограничивающей вращение соединительной
муфты, усилие Тшп определяют из уравнения:
в) для шлицов (шпонки), передающих вращение от приводного вала
к шпинделю, усилие Тш определяют их уравнения:
где Qбез - усилие вдоль шпинделя без учета Тшп
или Тш;
Мбез - крутящий момент на маховике
(верхнем конце шпинделя) без учета усилия Тш;
Rшп - расстояние
от оси шпинделя (штока) до поверхности трения;
μшп - коэффициент
трения шпонки (шлицов).
Левые или правые формулы используются в зависимости от противоположности
или совпадения направлений движения шпинделя (штока) и усилия Qбез.
Если клапан управляется электроприводом, Мкр
принимают равным максимальному моменту электропривода при настройке в сторону
закрытия клапана.
3.20 При выполнении силового расчета на конкретное изделие
рекомендуется пользоваться формой расчета в соответствии с приложением А, где приведены исходные данные
и алгоритм расчета.
Б.1 Условные плечи момента в
резьбе при закрытии Lp и в начале открытия Lp′
запорного элемента для шпинделей с трапецеидальной однозаходной и двузаходной
резьбой по ГОСТ
9484 приведены в таблицах Б.1 и Б.2 и определяются по формулам:
где
d - наружный диаметр резьбы;
dcp - средний диаметр резьбы;
α - угол подъема винтовой линии резьбы:
ρ - угол трения в резьбе: tgρ = μ,
где
μ - коэффициент трения в резьбе;
ρ′ - угол трения покоя в резьбе: tgρ′
= μ′,
где
μ′ - коэффициент трения покоя в резьбе: μ′
= 1,3·μ.