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

Акционерное общество «Научно-производственная фирма
«Центральное конструкторское бюро арматуростроения»

СТАНДАРТ ЦКБА

СТ ЦКБА 115-2015

Арматура трубопроводная

КРАНЫ ШАРОВЫЕ

Методика силового расчета

НПФ «ЦКБА»
2017

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Научно-производственная фирма «Центральное конструкторское бюро арматуростроения» (АО «НПФ «ЦКБА»)

2 УТВЕРЖДЁН И ВВЕДЁН В ДЕЙСТВИЕ Приказом от «26» марта 2015 г. № 18

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

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ в 2017 году с учетом Поправки № 1 и изменения № 1

СОДЕРЖАНИЕ

СТ ЦКБА 115-2015

СТАНДАРТ ЦКБА

Дата введения - 01.07.2015

1 Назначение и область применения

Настоящий стандарт распространяется на краны шаровые, имеющие конструкцию с плавающей пробкой, или пробкой в опорах.

Стандарт содержит методики расчета усилий и моментов, необходимых для обеспечения герметичности крана в затворе и для управления краном.

Стандарт может применяться при разработке кранов шаровых для трубопроводов различного назначения.

2 Нормативные ссылки

2.1 В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 24856-2014 Арматура трубопроводная. Термины и определения

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

СТ ЦКБА 086-2010 Арматура трубопроводная. Технические данные и характеристики для силовых расчетов

3 Термины и обозначения

3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 24856.

3.2 В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

b - ширина поверхности уплотнения в затворе, мм;

D - диаметр шаровой поверхности пробки, мм;

D_б - диаметр бурта шпинделя, мм;

D_оп - диаметр цапф пробки в кранах с пробкой в опорах, мм;

D_с - диаметр поверхности уплотнения седла у крана с пробкой в опорах, мм;

D_шт - диаметр шпинделя на участке уплотнения (сальником или кольцами), мм;

d - диаметр окружности, называемой линией уплотнения, ограничивающей эффективную площадь уплотнения в затворе, мм;

d_в - диаметр внутренний поверхности уплотнения в затворе, мм;

d_н - диаметр наружный поверхности уплотнения в затворе, мм;

Н - высота набивки сальника, мм;

h - ширина канавки в уплотнении шпинделя, мм;

n - количество уплотнительных колец в уплотнении шпинделя;

k_пр - коэффициент запаса по максимальному моменту на приводе;

k_н - коэффициент запаса по настройке привода;

k_у - коэффициент запаса по герметичности крана в затворе;

M_б - крутящий момент для преодоления сил трения в бурте шпинделя, Н∙мм;

М_з - крутящий момент для преодоления трения в затворе, Н мм;

М_к - максимальный крутящий момент на выходном валу крана, необходимый для поворота пробки, Н мм;

М_к0 - крутящий момент холостого хода, Н мм;

М_оп - крутящий момент для преодоления сил трения в опорах пробки (в кранах с пробкой в опорах), Н мм;

М_н - крутящий момент настройки привода, Н мм;

М_пр - максимальный крутящий момент, развиваемый приводом, Н мм;

М_шт - крутящий момент для преодоления сил трения в уплотнении шпинделя, Н мм;

Р - расчетное давление, МПа;

ΔP_к - максимальный перепад давления среды на кране (между входным и выходным патрубками), МПа;

ΔР_с - максимальный перепад давления среды на седле (между патрубком и внутренней полостью в кранах с пробкой в опорах), МПа;

Q - усилие на пробку в уплотнении затвора, Н;

Q_б - усилие выталкивания шпинделя, действующее на бурт, Н;

Q_п - необходимое усилие поджатия седла или уплотнительного кольца, Н;

Q_ск - усилие на пробку от максимального перепада давления среды на кране, Н;

Q_сс - усилие на пробку от максимального перепада давления среды на седле, Н;

Q_y - необходимое усилие уплотнения затвора при максимальном перепаде давления среды, Н;

Q_y0 - необходимое усилие уплотнения затвора при отсутствии перепада давления среды, Н;

q - удельное давление в уплотнении, нормальное к поверхности пробки, МПа;

q_у - удельное давление в уплотнении, необходимое для герметичности в затворе при максимальном перепаде давления среды, МПа;

q_у0 - минимально необходимое удельное давление в уплотнении затвора, МПа;

α - половина центрального угла с вершиной в центре пробки, определяющего положение средней линии уплотнения на поверхности пробки, рад;

μ, μ_оп - коэффициенты трения в затворе и в опоре пробки;

μ_шт, μ_б - коэффициенты трения в уплотнении шпинделя и в бурте шпинделя.

4 Описание расчетных моделей

4.1 В настоящем стандарте рассматриваются краны шаровые двух конструктивных типов - с плавающей пробкой (рисунок 1) и с пробкой в опорах (рисунок 2).

В кранах обоих типов герметичность в затворе создается усилиями, действующими между пробкой и уплотнительными кольцами или седлами; эти усилия имеют две составляющие.

Первая составляющая усилий взаимодействия - это усилие поджатия. В кранах с плавающей пробкой усилие поджатия уплотнительных колец к пробке обычно создается затягом шпилек соединения корпус - патрубки. В кранах с пробкой в опорах усилие поджатия седел к пробке создается с помощью пружин.

Вторая составляющая усилий, влияющих на герметичность, зависит от перепада давления в закрытом положении крана. В кранах с плавающей пробкой герметичность зависит от усилия Q_ск, вызванного перепадом давления на кране ΔР_к, то есть разностью давлений между входным и выходным патрубками. В кранах с пробкой в опорах герметичность зависит от усилия Q_cc, вызванного перепадом давления на седле ΔР_с, то есть между патрубком и внутренней полостью крана. В этих кранах усилие Q_ск передается через опоры на корпус и не влияет на герметичность в затворе.

1 - пробка; 2 - уплотнительное кольцо; 3 - обойма; 4 - шпиндель; 5 - сальник

Рисунок 1 - Кран шаровой с плавающей пробкой

1 - пробка; 2 - опора; 3 - седло; 4 - обойма с пружинами; 5 - шпиндель;
6 - уплотнительное кольцо шпинделя

Рисунок 2 - Кран шаровой с пробкой в опорах

Усилие Q_ск определяется как произведение перепада давления ΔР_к на площадь круга, ограниченного линией уплотнения в затворе. Усилие Q_cc определяется как произведение перепада давления ΔР_с на площадь кольца, ограниченного двумя окружностями, первая из которых есть линия уплотнения в затворе, а вторая лежит на поверхности уплотнения седла.

Управление кранами обеспечивается крутящим моментом от привода, необходимым для преодоления сил трения в узлах затвора, шпинделя, сальника, опор.

4.2 В методиках силового расчета кранов обоих типов использованы следующие общие положения и допущения:

- удельные давления, возникающие на поверхностях уплотнения в затворе, симметричны относительно оси трубопровода;

- податливость узлов уплотнения в затворе значительно превышает податливость других элементов крана, благодаря чему влияние последних на герметичность не учитывается;

- податливость узлов уплотнения в затворе со стороны входного и выходного патрубков одинакова;

- краны должны обеспечить герметичность в затворе во всем диапазоне изменения перепада давления среды от нуля до максимального значения ΔР;

- для сохранения герметичности во всем диапазоне перепада давления достаточно обеспечить ее при максимальном перепаде и при отсутствии перепада;

- герметичность кранов в затворе должна быть обеспечена с учетом коэффициента запаса по уплотнению k_у. Рекомендуемое значение данного коэффициента при максимальном перепаде давления k_у = 1,1 - 1,2, а при отсутствии перепада k_у0 = 1,0;

- расчетный крутящий момент, необходимый для управления краном M_к, определяется для режима начала открытия крана;

- максимальный крутящий момент, развиваемый механизированным приводом M_пр, должен удовлетворять условию M_пр ≥ k_прM_к,

где k_пр - коэффициент запаса по максимальному моменту на приводе, принимаемый с учетом условий эксплуатации и требований НД отдельных отраслей промышленности (k_пр = 1,1 - 2,0).

В случае применения ручного привода размер рукоятки (маховика) может определяться по стандарту СТ ЦКБА 072;

- крутящий момент настройки механизированного привода M_н должен удовлетворять условию M_н ≥ k_нM_к,

где k_н - коэффициент запаса по настройке привода (k_н = 1,1 - 1,2).

4.3 В методике расчета крана с плавающей пробкой используются следующие дополнительные положения:

- герметичность в затворе обеспечивается узлом уплотнения со стороны выходного патрубка (влияние узла уплотнения со стороны входного патрубка не учитывается);

- усилие на пробку от перепада давления среды на кране Q_ск изменяет значения усилий между пробкой и уплотнительными кольцами следующим образом: со стороны входного патрубка из усилия поджатия Q_п вычитается 0,5Q_ск, а со стороны выходного патрубка к усилию поджатия Q_п прибавляется 0,5Q_ск. В случае, если Q_ск ≥ 2Q_п, усилие на пробку от уплотнительного кольца, расположенного со стороны входного патрубка равно нулю, а со стороны выходного патрубка равно Q_ск;

- крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения между пробкой и уплотнительными кольцами, определяется с учетом следующих усилий от колец, действующих на пробку:

- если Q_ск < 2Q_п, то суммарное усилие на пробку от колец равно 2Q_п;

- если Q_ск ≥ 2Q_п, то на пробку действует усилие Q_ск от выходного кольца.

4.4 В методике расчета крана с пробкой в опорах используются следующие дополнительные положения:

- герметичность в затворе обеспечивается узлом уплотнения со стороны входного патрубка (входным седлом) с учетом максимального перепада давления между входным патрубком и внутренней полостью крана ΔР_с, а влияние выходного седла не учитывается. В случае повреждения входного седла герметичность крана, имеющего седла с двойным поршневым эффектом, обеспечивается выходным седлом;

- крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения в затворе, определяется с учетом усилий поджатия обоих седел и усилия от перепада давления среды на одном из седел 2Q_п + Q_cc. В необходимых случаях рассматривается также режим, при котором в обоих патрубках будет давление PN, а во внутренней полости давление будет равно нулю. В этом случае крутящий момент для преодоления сил трения в затворе должен определяться с учетом усилия 2(Q_п + Q_cc).

5 Основные соотношения

В настоящем разделе приводятся соотношения и расчетные формулы, общие для шаровых кранов с плавающей пробкой и пробкой в опорах. Они используются в разделах 6 и 7, содержащих методики силового расчета кранов.

5.1 Геометрические соотношения

На рисунке 3 схематически изображена пробка шарового крана в закрытом положении. Используется прямоугольная система координат с началом в центре пробки (точка О), ось х совпадает с осью трубопровода и является осью симметрии уплотнения, ось у совпадает с осью вращения пробки, а ось z совпадает с осью проходного отверстия. На рисунке показана линия уплотнения пробки, в качестве которой может приниматься (в запас герметичности и работоспособности) средняя линия контакта пробки и уплотнительного кольца. При наличии экспериментального подтверждения, линию уплотнения можно приблизить к внутренней линии контакта, например, поместить на расстоянии b/4.

Рисунок 3 - Пробка шарового крана

На рисунке 4 изображена четвертая часть поверхности пробки.

Рисунок 4 - Геометрические параметры пробки

На линии уплотнения пробки показаны три точки, из которых точка А лежит в плоскости ху, точка В - в плоскости xz, а точка С занимает промежуточное положение. Положение точек на линии уплотнения определяется центральным углом β, измеряемым от прямой АЕ, лежащей в плоскости ху.

В точке А угол β = 0, а в точке В угол β = π/2.

Диаметр поверхности пробки D и диаметр линии уплотнения d связаны соотношением

При вращении крана, на линии уплотнения возникают силы трения, создающие крутящие моменты относительно оси вращения «у». Плечи этих сил переменны по длине линии уплотнения.

Из рисунка 4 следует, что в произвольной точке С плечо силы трения L_c связано с диаметром d и углами α и β соотношением

Из рисунка 4 также видно, что в точках А и В плечи L_а и L_b (длины линий АА₀ = ЕО и ВО) равны

5.2 Соотношение между осевой силой и удельным давлением

При отсутствии крутящего момента соотношение между силой Q, действующей на пробку, и соответствующими контактными напряжениями q и μq на поверхности уплотнения (рисунок 5), определяется из условия равновесия пробки.

Рисунок 5 - Осевая сила и контактные напряжения

Контактное напряжение q нормально к поверхности пробки (удельное давление), а контактное напряжение трения μq лежит в касательной плоскости и направлено по нормали к конической поверхности, связывающей центр пробки с точкой контакта.

Уравнение равновесия пробки имеет вид

Из равенства (4) следует

5.3 Соотношение между моментом вращения пробки и осевой силой

На рисунке 6 схематически изображена четвертая часть пробки шарового крана в проекции на плоскость x-z, перпендикулярную к оси вращения пробки (ось у). На линии уплотнения пробки показаны точки А, В и С. При вращении пробки траектории этих точек образуют на поверхности пробки дуги окружностей. Траектория точки А лежит в плоскости, параллельной плоскости x-z и отстоящей от нее на расстоянии d/2; траектория точки В лежит в самой плоскости x-z; траектория произвольной точки С лежит в плоскости, занимающей промежуточное положение между названными плоскостями.

Рисунок 6 - Плечи сил трения в точках линии уплотнения

В точках А, В и С стрелками показаны силы трения; они действуют на элементарных участках площадью 0,5d∙b∙Δβ и равны μ∙q0,5∙d∙b∙Δβ. Эти силы направлены по касательной к траекториям точек в сторону, обратную вращению пробки. Плечи сил трения относительно оси вращения пробки «у» - L_a, L_b и L_c.

В произвольной точке С крутящий момент силы трения ΔМ_C относительно оси вращения пробки «у» равен

Суммарный крутящий момент М, необходимый для преодоления сил трения между уплотнительным кольцом и пробкой при вращении, определяется как интеграл

После подстановки соотношений (3), (5) и (6) в равенство (7) получаем:

где

Интеграл, определяющий значение коэффициента k_m, не имеет представления в замкнутой форме. Значения этого коэффициента, рассчитанные численным методом в интервале значений угла α = (0,6 - 0,8) рад (34,4° - 45,8°) показаны на рисунке 7.

Рисунок 7 - Зависимость коэффициента k_m от угла α

Значение коэффициента k_m можно приближенно представить в виде

С учетом равенства (10) крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения, вызванных осевой силой Q, действующей между одним уплотнительным кольцом и пробкой, определяется по формуле

5.4 Усилие, необходимое для обеспечения герметичности крана в затворе

Для сохранения герметичности крана в затворе, уплотнительное кольцо или седло должно быть прижато к пробке усилием, создающим достаточное удельное давление на поверхности уплотнения.

Удельное давление q_y, обеспечивающее герметичность при перепаде давления ΔР, можно определить по формуле (12) Д.Ф. Гуревича, либо принять из другого проверенного источника, или по опытным данным изготовителя арматуры

где m, с и k - коэффициенты, определяемые по СТ ЦКБА 086, раздел 4.

Необходимое усилие уплотнения крана в затворе Q_y определяется по формуле (см. 5.2)

В случае отсутствия перепада давления на кране, усилие Q_y0 должно определяться с учетом минимально необходимого удельного давления q_y0

где q_y0 следует из формулы (12)

5.5 Крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения в уплотнении шпинделя

Крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения в уплотнении шпинделя М_шт, определяется по формуле

где Т - сила трения в уплотнении шпинделя, Н.

В случае сальникового уплотнения шпинделя сила Т равна

где D_шт - диаметр шпинделя на участке уплотнения, мм;

Н - суммарная высота набивки сальника, мм;

Р_ос - осевое давление в сальнике, МПа;

k_бд - коэффициент бокового давления;

μ_шт - коэффициент трения между набивкой сальника и шпинделем.

Значения Р_ос, k_бд и μ_шт - принимаются согласно разделу 6 СТ ЦКБА 037 в зависимости от марки набивки и параметров рабочей среды.

(Поправка № 1)

В случае уплотнения шпинделя с помощью колец сила Т принимается ориентировочно равной

где n - количество колец;

h - ширина канавки под кольцо, мм;

ε - относительная деформация кольца (для резины ε = 0,3);

Е - модуль упругости материала кольца на сжатие (для резины Е = 10 МПа);

μ_шт - коэффициент трения между набивкой сальника и шпинделем.

(Поправка № 1)

6 Порядок расчета крана с плавающей пробкой

Общий вид шарового крана с плавающей пробкой показан на рисунке 1.

Обозначения величин даны в 3.1.

6.1 Задачи расчета

6.1.1 Определение усилия поджатия пробки Q_п.

6.1.2 Определение крутящих моментов:

- расчетный крутящий момент на выходном валу крана М_к;

- крутящий момент холостого хода М_к0;

- максимальный крутящий момент, развиваемый приводом М_пр;

- крутящий момент настройки привода М_н.

6.2 Исходные данные

Наименование рабочей среды;

температура рабочей среды;

Р - расчетное давление, МПа;

ΔР_к - максимальный перепад давления на кране, МПа;

D - диаметр наружный поверхности шаровой пробки, мм;

d_н - диаметр наружный поверхности уплотнения в затворе, мм;

d_в - диаметр внутренний поверхности уплотнения в затворе, мм;

D_б - диаметр бурта шпинделя, мм;

D_шт - диаметр шпинделя на участке контакта с сальником, мм;

Н - высота набивки сальника, мм;

h - ширина канавки под кольцо в уплотнении шпинделя, мм;

n - количество колец в уплотнении шпинделя;

k_пр - коэффициент запаса по максимальному моменту на приводе (k_пр = 1,1 - 2,0. Принимается в зависимости от условий эксплуатации и требований НД отдельных отраслей промышленности);

k_н - коэффициент запаса по настройке привода (k_н = 1,1 - 1,2);

k_у - коэффициент запаса по герметичности крана в затворе (k_у = 1,1 - 1,2);

марка материала уплотнительного кольца;

марка материала набивки сальника.

6.3 Входящие величины

d = (d_н + d_в)/2 - диаметр уплотнения в затворе (см. 5.1), мм.

b = (d_н - d_в)/(2cosα) - ширина уплотнительного кольца в затворе, мм;

α = arcsin d/D - половина центрального угла уплотнения, рад;

m, с и k - коэффициенты, используемые для определения необходимых удельных давлений в затворе q_y и q_y0. Принимается по СТ ЦКБА 086 (см. также 5.4);

μ - коэффициент трения между пробкой и уплотнительным кольцом;

μ_б - коэффициент трения между буртом шпинделя и втулкой;

μ_шт - коэффициент трения между набивкой сальника и шпинделем;

Р_ос - осевое давление в сальнике, МПа.

k_бд - коэффициент бокового давления.

Р_ос, k_бд и μ_шт - принимаются по СТ ЦКБА 037 в зависимости от марки набивки и параметров рабочей среды.

μ и μ_б принимаются по СТ ЦКБА 057 в зависимости от сочетания материалов.

Примечание - В зависимости от размеров, указанных в КД, в качестве исходных данных могут быть приняты d и b вместо d_н и d_в.

6.4 Расчет усилий

6.4.1 Необходимые удельные давления при максимальном перепаде давления ΔР и при отсутствии перепада

6.4.2 Необходимые усилия уплотнения в затворе при максимальном перепаде давления ΔР и при отсутствии перепада

Q_y = q_y∙π∙b∙d∙cosα∙(1 + μ∙tgα).

Q_y0 = q_y0∙π∙b∙d∙cosα∙(1 + μ∙tgα).

6.4.3 Усилие на пробку от максимального перепада давления среды на кране

Q_ск = 0,25∙π∙d²∙ΔР_к.

6.4.4 Усилие на бурт шпинделя

Q_б = 0,785∙D_шт²∙P.

6.4.5 Необходимое усилие поджатия пробки

Q_п = max {1,1∙(Q_y - 0,5∙Q_cк); Q_y0}.

6.5 Расчет крутящих моментов

6.5.1 Крутящий момент для преодоления сил трения в затворе

M_з = мах (М_з1, М_з2),

где

6.5.2 Крутящий момент для преодоления сил трения в бурте шпинделя:

М_б = Q_б∙μ_б∙(D_б + D_шт)/4.

(Измененная редакция, Изм. № 1)

6.5.3 Крутящий момент для преодоления сил трения в сальнике определяется в соответствии с 5.5.

6.5.4 Расчетный крутящий момент на выходном валу крана

М_к = M_з + M_б + M_шт

6.5.5 Крутящий момент холостого хода

M_к0 = M_з1 + M_шт

6.5.6 Максимальный крутящий момент, развиваемый приводом

М_пр ≥ k_пр∙M_к,

где k_пр = 1,1 - 2,0 (принимается с учетом условий эксплуатации и требований НД отдельных отраслей промышленности).

6.5.7 Крутящий момент настройки привода

М_н = k_н∙M_к,

где k_н = 1,1 - 1,2.

6.6 Пример силового расчета крана с плавающей пробкой приведен в приложении А.

7 Порядок расчета крана с пробкой в опорах

Общий вид шарового крана с пробкой в опорах показан на рисунке 2.

Обозначения величин даны в 3.1.

7.1 Задачи расчета

7.1.1 Определение усилия поджатия пробки Q_п.

7.1.2 Определение крутящих моментов:

- расчетный крутящий момент на выходном валу крана М_к;

- крутящий момент холостого хода М_к0;

- максимальный крутящий момент, развиваемый приводом М_пр;

- крутящий момент настройки привода М_н.

7.2 Исходные данные

Наименование рабочей среды;

температура рабочей среды;

Р - расчетное давление, МПа;

ΔР_к - максимальный перепад давления среды на кране (между входным и выходным патрубками), МПа;

ΔР_с - максимальный перепад давления среды на седле (между патрубком и внутренней полостью), МПа;

перепад давления среды между патрубком и внутренней полостью (односторонний; односторонний и двусторонний);

D - диаметр наружный поверхности шаровой пробки, мм;

d_н - диаметр наружный поверхности уплотнения в затворе, мм;

d_в - диаметр внутренний поверхности уплотнения в затворе, мм;

D_б - диаметр бурта шпинделя, мм;

D_шт - диаметр шпинделя на участке контакта с сальником, мм;

D_оп - диаметр цапф пробки в опорах, мм;

D_с - диаметр уплотнения седла, мм;

Н - высота набивки сальника, мм;

h - ширина канавки под кольцо в уплотнении шпинделя, мм;

n - количество колец в уплотнении шпинделя;

k_у - коэффициент запаса по герметичности крана в затворе;

k_р - коэффициент настройки привода;

марка материала пробки;

марка материала опоры пробки;

марка материала уплотнения шпинделя.

7.3 Входящие величины

d = (d_н + d_в)/2 - диаметр средний уплотнения в затворе, мм.

b = (d_н - d_в)/(2cosα) - ширина уплотнительного кольца в затворе, мм;

α = arcsind/D - половина центрального угла уплотнения, рад;

m, с и k - коэффициенты, используемые для определения необходимых удельных давлений в затворе q_у и q_у0. Принимается по СТ ЦКБА 086 (см. 5.4);

μ - коэффициент трения между пробкой и уплотнительным кольцом в затворе;

μ_б - коэффициент трения между буртом шпинделя и втулкой;

μ_оп - коэффициент трения между цапфой пробки и опорой;

μ_шт - коэффициент трения в уплотнении шпинделя;

Р_ос - осевое давление в сальнике, МПа;

k_бд - коэффициент бокового давления.

Р_ос, k_бд и μ_шт - принимаются по СТ ЦКБА 037 в зависимости от марки набивки и параметров рабочей среды.

μ, μ_б и μ_оп п принимаются по СТ ЦКБА 057 в зависимости от сочетания материалов и наличия смазки.

Примечание - В зависимости от размеров, указанных в КД, в качестве исходных данных могут быть приняты d_н и d_в, или d и b.

7.4 Расчет усилий

7.4.1 Необходимое удельное давление при максимальном перепаде давления на седле ΔР_с и при отсутствии перепада

7.4.2 Необходимое усилие уплотнения в затворе при максимальном перепаде давления на седле ΔР_с и при отсутствии перепада

Q_y = q_y∙π∙b∙d∙cosα∙(1 + μ∙tgα).

Q_y0 ≥ q_y0∙π∙b∙d∙cosα∙(1 + μ∙tgα).

7.4.3 Усилие прижатия седла к пробке от максимального перепада давления между входным патрубком и внутренней полостью крана

Q_cc = 0,25∙π∙(D_c² - d²) ΔP_c.

7.4.4 Усилие на опоры пробки от максимального перепада давления среды на кране

Q_ск = 0,25∙π∙d²∙ΔР_к.

7.4.5 Усилие на бурт шпинделя

Q_б = 0,785∙D_шт²∙P.

7.4.6 Необходимое усилие поджатия седла к пробке

Q_п = max {k_у∙(Q_y - Q_cс); Q_y0}.

где k_у = 1,1 - 1,2.

7.5 Расчет крутящих моментов

7.5.1 Крутящий момент для преодоления сил трения в затворе при одностороннем перепаде давления

7.5.2 Крутящий момент для преодоления сил трения в затворе при двустороннем перепаде давления

7.5.3 Крутящий момент для преодоления сил трения в затворе при отсутствии перепада давления

7.5.4 Крутящий момент, необходимый для преодоления сил трения в опорах пробки

М_оп = Q_ск∙μ_оп∙D_оп/2.

7.5.5 Крутящий момент для преодоления сил трения в бурте шпинделя

М_б = Q_б∙μ_б∙(D_б + D_шт)/4.

(Измененная редакция, Изм. № 1)

7.5.6 Крутящий момент для преодоления сил трения в уплотнении шпинделя определяется в соответствии с пунктом 5.5.

7.5.7 Максимальный крутящий момент на выходном валу крана при одностороннем перепаде давления

M_к1 = M_з1 + M_оп + M_б + M_шт

7.5.8 Максимальный крутящий момент на выходном валу крана при двустороннем перепаде давления

М_к2 = M_з2 + M_б + M_шт

7.5.9 Максимальный крутящий момент на выходном валу крана

M_к = мах (М_к1, М_к2)

7.5.10 Крутящий момент холостого хода

М_к0 = М_з0 + М_шт.

7.5.11 Максимальный крутящий момент, развиваемый приводом

М_пр ≥ k_пр∙M_к,

где k_пр = 1,1 - 2,0 (принимается с учетом условий эксплуатации и требований НД отдельных отраслей промышленности).

7.5.12 Крутящий момент настройки привода

М_н = k_н∙M_к,

где k_н = 1,1 - 1,2.

7.6 Пример силового расчета крана с пробкой в опорах приведен в приложении Б.

Приложение A

(справочное)

Пример силового расчета крана с плавающей пробкой

Выполнены силовые расчеты кранов шаровых с плавающей пробкой трех типоразмеров ЦКБ М39510 -025, -050, -100 (см. рисунок 1).

1 Задачи расчета

1.1 Определение усилия поджатия пробки Q_п.

1.2 Определение крутящих моментов:

- расчетный крутящий момент на выходном валу крана М_к;

- крутящий момент холостого хода М_к0;

- максимальный крутящий момент, развиваемый приводом М_пр;

- крутящий момент настройки привода М_н.

2 Исходные данные

3 Входящие величины

4 Расчет усилий

5 Расчет крутящих моментов

Приложение Б

(справочное)

Пример силового расчета крана с пробкой в опорах

Выполнен силовой расчет крана шарового с пробкой в опорах ЦКБ-133-2006, DN 100, PN 6.3, t до 75 °С (см. рисунок 2).

1 Задачи расчета

1.1 Определение усилия поджатия пробки Q_п.

1.2 Определение крутящих моментов:

- расчетный крутящий момент на выходном валу крана М_к;

- крутящий момент холостого хода М_к0;

- максимальный крутящий момент, развиваемый приводом М_пр;

- крутящий момент настройки привода М_н.

2 Исходные данные

3 Входящие величины

4 Расчет усилий

5 Расчет крутящих моментов