Технический комитет по стандартизации
«Трубопроводная арматура и сильфоны» (ТК 259)

ЦКБА

СТ ЦКБА 086-2010

Арматура трубопроводная
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ДЛЯ СИЛОВЫХ РАСЧЁТОВ АРМАТУРЫ

Санкт-Петербург
2010

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом «Научно-производственная фирма «Центральное конструкторское бюро арматуростроения» (ЗАО «НПФ «ЦКБА»).

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом от 27.05.2010 г. № 27

3 СОГЛАСОВАН: Техническим комитетом по стандартизации «Трубопроводная арматура и сильфоны» (ТК 259).

4 ПЕРЕИЗДАНИЕ на основе РМ 3-62 «Руководящий технический материал. Приложение к силовым расчётам запорной арматуры» за исключением учёта современных требований к оформлению, современных нормативных ссылок и использования системы единиц измерения СИ.

5 Взамен РМ 3-62.

СОДЕРЖАНИЕ

Арматура трубопроводная

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ДЛЯ СИЛОВЫХ РАСЧЁТОВ АРМАТУРЫ

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на запорную арматуру, предназначенную для перекрытия потока рабочей среды с определённой герметичностью, и устанавливает технические данные и характеристики для силовых расчётов арматуры.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы следующие нормативные документы:

ГОСТ 24737-81 Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры

ГОСТ 27674-88 Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения

СТ ЦКБА 002-2003 Арматура трубопроводная. Задвижки. Методика силового расчёта

СТ ЦКБА 037-2006 Арматура трубопроводная. Узлы сальниковые. Конструкция, основные размеры и технические требования

СТ ЦКБА 057-2008 Арматура трубопроводная. Коэффициенты трения в узлах арматуры

СТ ЦКБА 068-2008 Арматура трубопроводная. Затворы запорных клапанов с уплотнением «металл по металлу»

СТ ЦКБА 072-2009 Арматура трубопроводная. Крутящие моменты и размеры маховиков и рукояток

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины по ГОСТ 27674 с соответствующими определениями:

3.1 коэффициент трения: Отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

3.2 сила трения: Сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под давлением внешней силы, тангенциально направленная к общей границе между этими телами.

3.3 трение движения: Трение двух тел, находящихся в движении относительно друг друга.

3.4 трение без смазочного материала (сухое трение): Трение двух тел при отсутствии на поверхности трения введённого смазочного материала любого вида.

3.5 трение со смазочным материалом: Трение двух тел при наличии на поверхности трения введённого смазочного материала любого вида.

4 Расчёт усилий, необходимых для уплотнения затвора арматуры

4.1 Определение усилий, необходимых для уплотнения затвора арматуры:

а) при удельных давлениях q_y, отнесённых к единице поверхности, усилие уплотнения определяется по формуле (1):

Q_y = q_y ∙ f ∙ n₁, (H)                                                   (1)

где f - площадь уплотнительной поверхности, (мм²),

для круглых колец:

б) при удельных давлениях q_y, отнесённых к единице длины, усилие уплотнения определяется по формуле (2):

Q_y = q_y ∙ L ∙ n₁, (H),                                                  (2)

где L - длина линии уплотнения, (мм),

для уплотнения при b ≠ 0

для уплотнения при b = 0 (ножевое уплотнение)

q_y = m ∙ q'_y, (Н/мм),

где m - коэффициент, учитывающий влияние среды (см. таблицу 1);

Р - давление среды, МПа;

с и к - коэффициенты, зависящие от материала уплотнения (см. таблицу 2);

b - ширина уплотнения, (мм);

q'_y - удельное давление, зависящее от материала уплотнения, (см. таблицу 3);

n₁ - коэффициент, учитывающий угол наклона и трение (см. таблицу 6), для плоского уплотнения n₁ = 1 (β = 90^o).

Таблица 1 - Коэффициент m, учитывающий влияние среды

Таблица 2 - Коэффициенты с и к

Таблица 3 - Удельные давления q'_y, отнесённые к единице длины

4.2 Расчёт усилий, необходимых для уплотнения

4.2.1 Плоское уплотнение с шириной уплотнения b ≠ 0

4.2.1.1 Конструкция плоского уплотнения с шириной уплотнения b ≠ 0 (контакт по поверхности) приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Плоское уплотнение с шириной уплотнения b ≠ 0

4.2.1.2 Усилие Q_y, необходимое для уплотнения, определяется по формулам (3) и (4):

Q_y = q_y ∙ f₁, (H)                                                      (3)

где q_y - отнесено к единице поверхности,

f = π ∙ D_cр ∙ b, (мм²),

где D_cp = 0,5 ∙ (D₁ + D₂) (мм),

b = 0,5(D₂ - D₁) (мм)

m, с и к - см. таблицы 1 и 2;

Р - рабочее давление, МПа;

b - ширина уплотнения (см. рисунок 1).

Q_y = q_у ∙ L, (Н),                                                         (4)

где q_y - отнесено к единице длины,

L = π ∙ D_cp (мм).

4.2.2 Плоское уплотнение с шириной уплотнения b = 0

4.2.2.1 Конструкция плоского уплотнения с шириной уплотнения b = 0 (ножевое, контакт по линии) приведена на рисунке 2

Рисунок 2 - Плоское уплотнение с шириной уплотнения b = 0

4.2.2.2 Усилие Q_y, необходимое для уплотнения, определяется по формуле (5):

Q_y = q_y ∙ L, (H)                                                         (5)

где q_y - отнесено к единице длины,

m - см. таблицу 1;

 - см. таблицу 3;

L = π ∙ D, (мм).

4.2.3 Диафрагмовое уплотнение

4.2.3.1 Конструкция диафрагмового уплотнения приведена на рисунке 3

Рисунок 3 - Диафрагмовое уплотнение

4.2.3.2 Усилие Q_y, необходимое для уплотнения, определяется по формуле (6):

Q_y = q_y ∙ f, (H)                                                           (6)

где q_y - удельное давление, отнесённое к единице поверхности (см. таблицу 4);

где D - диаметр мембраны по месту заделки;

h = 0,5(a - b).

Таблица 4 - Удельное давление, отнесённое к единице поверхности

4.2.4 Конусное уплотнение с шириной уплотнения b ≠ 0

4.2.4.1 Конструкция конусного уплотнения с шириной уплотнения b ≠ 0 приведена на рисунке 4

Рисунок 4 - Конусное уплотнение с шириной уплотнения b ≠ 0

4.2.4.2 Усилие Q_y, необходимое для уплотнения, определяется по формуле (7):

                                              (7)

где:

1)  - усилие, необходимое для уплотнения:

- при контакте по поверхности

a) q_y отнесено к единице поверхности,

m, с, и к - коэффициенты (см. таблицы 1 и 2);

Р - рабочее давление, МПа;

b - ширина уплотнения, мм,

f_n - площадь проекции уплотнения (площадь кольца),

f_n = π ∙ D_cp ∙ b₁, (мм²);

D_cp = D₁ + b₁ = D₁ + а ∙ tgβ (мм);

b₁ - проекция ширины уплотнения,

b₁ = a ∙ tgβ;

f - площадь уплотнительной поверхности (боковая поверхность усечённого конуса),

n и n₁ - коэффициенты, учитывающие угол наклона β и трение в уплотнении,

 (см. таблицу 5);

n₁ = sinβ + µ cosβ, (см. таблицу 6);

µ - коэффициент трения в уплотнении, µ = 0,3.

Таблица 5 - Коэффициент n, учитывающий угол наклона β и трение в уплотнении

Таблица 6 - Коэффициент n₁, учитывающий угол наклона β и трение в уплотнении

- при контакте по линии

б) q_у отнесено к единице длины,

L = π ∙ D_cp, (мм)

2)  - усилие, необходимое для уплотнения, при контакте по линии,

где q_y - отнесено к единице длины;

 - см. таблицу 3.

4.2.5 Конусное уплотнение с шириной уплотнения b = 0

4.2.5.1 Конструкция конусного уплотнения с шириной уплотнения b = 0 (ножевое, контакт по линии) приведена на рисунке 5

Рисунок 5 - Конусное уплотнение с шириной уплотнения b = 0

4.2.5.2 Усилие Q_y, необходимое для уплотнения, определяется по формуле:

Q_y = q_y ∙ L ∙ n₁, (H)                                                  (8)

где q_у отнесено к единице длины;

m - см. таблицу 1;

 - см. таблицу 3;

L = π ∙ D, (мм);

n₁ - см. таблицу 6.

4.2.5.3 Предельно допустимые удельные давления q_п на уплотнительных кольцах арматуры приведены в таблице 7)

Таблица 7 - Предельно допустимые удельные давления q_п на уплотнительных кольцах арматуры

4.2.5.4 Предельно допустимые удельные давления q_п на уплотнительных кольцах арматуры для различных материалов могут уточняться в соответствии с СТ ЦКБА 068.

4.2.6 Сальниковое уплотнение

4.2.6.1 Конструкция сальникового уплотнения приведена на рисунке 6

Рисунок 6 - Сальниковое уплотнение

4.2.6.2 Усилие Q_c, необходимое для затяга сальника определяется по формуле (9):

Q_c = Р_с ∙ f, (Н)                                                             (9)

где Р_с - удельное давление в сальниковой набивке, (МПа),

Р_с = φ ∙ Р_р;

φ - коэффициент, зависящий от отношения  см. таблицу 8;

s = 0,5 ∙ (D_н - d_с);

Р_р - рабочее давление среды, МПа;

f - площадь кольца сальниковой набивки, мм²,

4.2.6.3 Сила трения Т_с, в сальнике определяется по формуле по формуле (10):

Т_с = ψ ∙ d_c ∙ s ∙ Р_р, (Н)                                                   (10)

где ψ - коэффициент, зависящий от отношения  см. таблицу 8

Таблица 8 - Значения коэффициентов φ и ψ для пеньковых и асбестовых набивок

4.2.6.4 При применении других марок набивок в сальнике и рабочих сред значения величины коэффициентов, принимаемых при расчёте арматуры, могут дополниться в соответствии с СТ ЦКБА 002, СТП ЦКБА 037 или по результатам испытаний.

5 Коэффициенты трения

5.1 Значения коэффициентов трения в резьбе и бурте при наличии смазки приведены в таблицах 9 и 10.

Таблица 9 - Коэффициенты трения (µ) в резьбе со смазкой

Таблица 10 - Коэффициенты трения (µ_б) в бурте со смазкой

5.2 Значения коэффициентов трения в резьбе и бурте при отсутствии смазки приведены в таблицах 11 и 12.

Таблица 11 - Справочные данные по коэффициентам трения в резьбе без смазки (по отчётам ЛЭТИ)

Таблица 12 - Справочные данные по коэффициентам трения в бурте без смазки (по отчётам ЛЭТИ)

5.3 Если резьба находится в среде, температура резьбы принимается равной температуре среды.

5.4 Если резьба находится в среде, которая является смазывающей (маслянистые среды), то коэффициенты трения принимаются по таблице 9; если же среда, не смазывающая - по таблице 11.

5.5 Значения коэффициентов трения в уплотнительных кольцах клапанов (при наличии скольжения уплотнительных поверхностей относительно друг друга) приведены в таблице 13.

Таблица 13 - Коэффициент трения в уплотнительных кольцах клапанов

5.6 Значение коэффициента трения в шаровой опоре типа шпиндель-золотник для стали, µ_ш = 0,3.

5.7 Значение коэффициента трения в уплотнительных кольцах задвижек приведены в таблице 14.

Таблица 14 - Коэффициенты трения в уплотнительных кольцах задвижек

5.8 Значение коэффициента трения между клином и диском в параллельной задвижке, µ_N = 0,35.

5.9 Коэффициенты трения в кранах

5.9.1 Значения коэффициентов трения пробки о корпус приведены в таблице 15.

Таблица 15 - Коэффициенты трения пробки о корпус

5.9.2 Значение коэффициента трения шайбы о пробку и шайбы о корпус, µ_ш = µ.

5.10 Коэффициенты трения в сальниковом уплотнении

5.10.1 Для пеньковых и асбестовых набивок значения коэффициентов трения в зависимости от рабочего давления среды приведены в таблице 16.

Таблица 16 - Коэффициенты трения в сальниковом уплотнении

5.11 Значения коэффициентов трения в манжетах приведены в таблице 17.

Таблица 17 - Коэффициенты трения в манжетах

5.12 Значения коэффициентов трения в шпонке приведены в таблице 18.

Таблица 18 - Коэффициенты трения в шпонке

5.13 Коэффициенты трения в передачах

5.13.1 Значения коэффициентов трения для подшипников скольжения (для металлов):

- при наличии смазки µ = 0,10;

- без смазки µ = 0,20.

5.13.2 Значения коэффициентов трения для подшипников качения:

- для шарикоподшипников µ = 0,01;

- для роликоподшипников µ = 0,02.

5.13.3 Значения коэффициентов трения для зубчатой пары (для механически обработанных зубьев):

- при наличии смазки µ = 0,10 - 0,15;

- без смазки µ = 0,20 - 0,30.

5.13.4 Значения коэффициентов трения для червячной пары:

а) стальной червяк - бронзовое колесо (со смазкой):

- µ = 0,10 при v ≤ 1,0 м/с;

- µ = 0,05 при v = (1,0 - 2,0) м/с;

- µ = 0,03 при v > 2,0 м/с;

- v - окружная скорость червяка;

б) чугунный червяк - чугунное колесо (со смазкой):

- µ = 0,15;

в) стальной червяк- колесо ДСП:

- µ = 0,05.

5.13.5 Коэффициенты трения для карданной пары (шарнирная муфта).

5.13.5.1 Значение коэффициента трения оси о вилку - для стали µ = 0,3.

Примечания

1 Значения коэффициентов трения, приведённые в 5.13.1 - 5.13.5, являются коэффициентами трения движения; коэффициенты трения покоя следует принимать на 30 % выше.

2 Значения коэффициентов трения без смазки приводятся в качестве справочных.

В каждом отдельном случае необходимо принимать значения коэффициентов трения без смазки с учётом конкретных условий эксплуатации.

5.14 Значения коэффициентов трения металлов по металлам приведены в таблице 19.

Таблица 19 - Коэффициенты трения металлов по металлам

5.15 Значения коэффициентов трения пластмасс по стали:

а) полиэтилен:

- сухое трение µ = 0,11;

- со смазкой µ = 0,03;

б) фторопласт-4:

- сухое трение µ = 0,05;

- со смазкой µ = 0,02;

в) при трении о нержавеющую сталь в воде:

- µ = 0,05.

Примечание - Приведённый выше перечень коэффициентов трения, принимаемых при расчёте арматуры, может дополняться в соответствии с СТ ЦКБА 057.

6 Условное плечо крутящего момента в трапецеидальной резьбе

6.1 Условное плечо L_p, крутящего момента в трапецеидальной резьбе шпинделя при закрытии, определяется по формуле (11):

                                                          (11)

Для шпинделей с нормальной и мелкой одноходовой и нормальной двухходовой трапецеидальной резьбой (ГОСТ 24737) условное плечо приведено в таблице 20.

Исходные данные:

d_ср - средний диаметр резьбы;

d₀ - наружный диаметр резьбы;

t₀ - ход резьбы;

t₀ = t ∙ z;

t - шаг;

z - число заходов;

α - угол подъёма в резьбе;

ρ - угол трения в резьбе;

µ - коэффициент трения в резьбе;

 

Таблица 20 - Условное плечо крутящего момента в резьбе

6.2 Условное плечо  крутящего момента в трапецеидальной резьбе в начале открытия определяется по формуле (12):

                                                   (12)

Для шпинделей с нормальной и мелкой одноходовой и нормальной двухходовой трапецеидальной резьбой условное плечо () приведено в таблице 21:

Исходные данные:

d_ср - средний диаметр резьбы;

d₀ - наружный диаметр резьбы;

t₀ - ход резьбы,

t₀ = t ∙ z;

t - шаг;

z - число заходов;

α - угол подъёма в резьбе;

ρ' - угол трения покоя в резьбе;

µ' - коэффициент трения покоя в резьбе;

  µ' = 1,3µ

Таблица 21 - Условное плечо () крутящего момента в резьбе

7 Усилия перемещения клина или дисков задвижек

7.1 Расчёт усилий перемещения клина или диска при закрытии (Q₁) или при открытии (Q'₁) производится по формулам (13 - 16):

для типа А (герметичность гарантируется только при давлении Р_р):

Q₁ = к_ср ∙ Q_ср + к_у ∙ Q_y - Q_g,                                             (13)

                                             (14)

для типа Б (герметичность гарантируется только при давлении от 0 до Р_р)

Q₁ = к_ср ∙ Q_ср + к_уо ∙ Q_yо - Q_g,                                             (15)

                                            (16)

где Q_cp - усилие от давления среды;

Q_y - усилие, необходимое для уплотнения при Р = Р_р;

Q_yo - усилие, необходимое для уплотнения при Р → 0;

Q_g - вес перемещающихся деталей.

Значения коэффициентов для формул (15), (16), (17), (18) приведены в таблице 22