Ходовой узел арматуры предназначен для преобразования вращательного движения ходовой гайки (шпинделя) в поступательное движение шпинделя (гайки). Этот узел является ответственным элементом конструкции арматуры (задвижек, вентилей, клапанов), так как обеспечивает возможность перемещения затвора относительно седла. Основными деталями его являются: бугель (крышка, фонарь), шпиндель, ходовая гайка, упорные шариковые подшипники. В арматуре неответственного назначения шариковые упорные подшипники не предусматриваются. Шпиндель с гайкой образуют винтовую пару, упорные подшипники воспринимают реакцию перестановочного усилия, действующего на шпинделе, и передают эту реакцию на бугель. В ходовом узле арматуры обычно применяется однозаходная трапецеидальная резьба (ГОСТ 9484—81*). Направление винтовой линии (правая или левая) выбирается с таким расчетом, чтобы арматура закрывалась вращением маховика по часовой стрелке, что предусмотрено требованиями Госгортехнадзора. Отсюда следует, что в конструкциях, где маховик насажен на шпиндель, он должен иметь правую резьбу, если ходовая гайка неподвижно закреплена в бугеле, а шпиндель ввинчивается в нее, совершая винтовое движение (вентили). Если маховик насажен на шпиндель, который совершает только вращательное движение, а ходовая гайка перемещается поступательно (задвижка с невыдвижным шпинделем), шпиндель должен иметь левую резьбу. Если маховик насажен на ходовую гайку или ходовую гайку приводит во вращение электропривод, то резьба на шпинделе (и гайке) должна быть левой. Ходовой узел может иметь конструкцию с неподвижной, вращаемой или перемещаемой гайкой. Тип ходовой гайки оказывает влияние на условия ее эксплуатации. Неподвижная ходовая гайка может располагаться в бугеле (выше сальника) или в крышке корпуса (ниже сальника). Гайка, расположенная в бугеле, доступна для технического обслуживания, контроля и смазки. Гайка, расположенная в крышке, находится в рабочей среде и недоступна для технического обслуживания. В задвижках с невыдвижным шпинделем используются перемещаемые гайки, совершающие поступательное движение при вращении шпинделя. Они полностью погружены в рабочую среду, недоступны для технического обслуживания, контроля и смазки, подвергаются коррозии, т. е. работают в сложных условиях, быстро изнашиваются и выходят из строя. В табл. 4.20 показаны конструкции ходовых узлов арматуры с неподвижной и перемещаемой ходовой гайкой. В задвижках средних и крупных размеров наибольшее распространение получила неподвижная гайка в виде полого цилиндра (втулки) с внутренней трапецеидальной и наружной метрической резьбой. Наружной резьбой гайка ввинчивается в перемычку бугеля и стопорится винтом. Неответственные вентили малых размеров обычно имеют ходовую гайку, ввинчиваемую непосредственно в тело крышки, или в. качестве ходовой используется метрическая резьба, нарезанная в крышке. Вращаемые гайки широко используются для задвижек с выдвижным шпинделем и ответственных клапанов, а также вентилей при их работе в различных условиях, в том числе и сложных (высокие температура и давление рабочей среды, коррозионные среды и т. д.). Вращаемые гайки, расположенные в бугеле, изолированы от действия коррозионной среды, имеют температуру значительно ниже рабочей температуры среды, стенок корпуса и крышки, удобно расположены для технического обслуживания, контроля и смазки. Ремонт и замена их не создают больших затруднений. 4.20. Конструкции ходовых узлов арматуры с неподвижной и перемещаемой ходовой гайкой
В арматуре с большими условными диаметрами прохода с целью экономии цветного металла, используемого в ходовых гайках, они изготовляются составными — из двух частей, вставленных одна в другую. Внутренняя часть в виде втулки с внутренней трапецеидальной и наружной метрической резьбой изготовляется из бронзы, а наружная в виде гильзы (обоймы) с опорным буртом—из стали. Верхняя часть стальной гильзы конструктивно оформляется так, чтобы ее можно было бы присоединить к электроприводу или к дистанционной передаче. С этой целью предусматриваются на торцовой части гильзы кулачки или на наружной цилиндрической поверхности шпоночная канавка. Основные конструкции ходовых узлов с вращаемой ходовой гайкой показаны в табл. 4.21. Под действием больших продольных усилий в буртах гаек создаются значительные моменты трения, затрудняющие управление арматурой. В связи с этим в задвижках и клапанах (вентилях) при значительных усилиях вдоль шпинделя (перестановочных усилиях) ходовые гайки снабжаются упорными шарикоподшипниками: применяются в основном конструкции с двумя подшипниками, расположенными по обе стороны бурта. При малых перестановочных усилиях могут применяться и конструкции с одним упорным шарикоподшипником, используемым для восприятия усилия как в одну, так и в другую сторону. В этом случае одна половина сечения кольца подшипника по оси шариков служит для опоры шпинделя, вторая — для опоры в бугеле. При этом ходовые гайки снабжаются упорным резьбовым кольцом, а бугель — либо также упорным резьбовым кольцом, либо резьбовым упорным фланцем. 4.21. Конструкции ходовых узлов арматуры с вращаемой ходовой гайкой
Чтобы ограничить усилие, возникающее вдоль шпинделя при его удлинении от нагревания, над верхним упорным шарикоподшипником ходового узла высокотемпературной арматуры устанавливают комплект тарельчатых пружин. Для ограничения усилия шпинделя, действующего на верхнее уплотнение крышки, и предотвращения защемления его в верхнем уплотнении при остывании и сокращении длины тарельчатые пружины устанавливаются под нижним упорным шариковым подшипником. Ходовой узел должен быть всегда смазан, содержать достаточное количество смазки и быть доступным для проверки его технического состояния. Для того чтобы сохранить смазку и предотвратить попадание пыли и абразивов в шариковые упорные подшипники, на верхней и нижней цилиндрических направляющих гильзы гайки предусматриваются фетровые уплотнения в виде закладных колец трапецеидального сечения. Могут быть использованы и самоподжимные резиновые манжеты. При отсутствии смазки ускоряется износ резьбы, сокращается срок службы ходового узла арматуры. Шпиндель и ходовая гайка обычно снабжаются однозаходной трапецеидальной резьбой. При стальном шпинделе и бронзовой или латунной гайке с обычно применяемой смазкой эта резьба обеспечивает нормальную работу арматуры и обладает свойствами самоторможения. В тех случаях, когда требуется быстрое ручное закрытие арматуры малого размера, применяют две ходовые гайки (с правой и левой резьбой), как в конструкции, показанной на рис. 4.22. Здесь за один оборот шпинделя затвор поднимается на величину, равную сумме шагов в нижней и верхней гайках, сохраняя при этом условия само-торможения для резьбового соединения. При увеличении шага резьбы уменьшается число оборотов шпинделя (гайки), необходимое для закрывания арматуры, но одновременно увеличивается усилие на маховике и создается опасность прекращения самоторможения. При уменьшении шага ходовой резьбы усилие на маховике снижается, но увеличивается число оборотов маховика, необходимое для полного хода затвора. В арматуре должно быть безусловно обеспечено условие самоторможения ходовой резьбы, в противном случае может иметь место самопроизвольное открытие арматуры под действием давления рабочей среды, что совершенно недопустимо. Условие самоторможения будет обеспечено тогда, когда угол подъема ходовой резьбы будет меньше угла трения. Поскольку при одном и том же шаге резьбы угол подъема увеличивается с уменьшением диаметра шпинделя, то в наиболее опасном положении (в смысле прекращения самоторможения) оказываются шпиндели малых диаметров (30 мм и менее), для которых угол подъема резьбы составляет 4*^, а при диаметре шпинделя 10 мм доходит до 6° 25'. При наличии упорного шарикоподшипника и высококачественной смазки с пониженным коэффициентом трения самоторможение может прекратиться, В этих условиях необходимо выбирать резьбу с уменьшенным шагом. Резьба с уменьшенным шагом используется также тогда, когда на маховике при нормальной резьбе создается чрезмерно большое усилие, необходимое для управления арматурой (больше усилия, развиваемого физически нормально развитым человеком). Рис. 4.22. Задвижка с двумя ходовыми гайками для ускоренного перемещения затвора
Наиболее часто такие случаи могут иметь место в арматуре высокого давления {ру = 20 МПа). Для того чтобы обеспечить надежную и долговечную работу арматуры, эксплуатация ходового узла должна ограничиваться определенными условиями, в противном случае создаются задиры на резьбовых поверхностях, быстры их изнашивание и выход ходовой гайки из строя. Чтобы ходовой узел не вышел быстро из строя, шпиндель не должен иметь частоту вращения свыше 50 об/мин, контактные давления в резьбе должны быть ограничены, а материалом гайки должна служить бронза или латунь. Ходовая резьба должна быть постоянно смазана. В неответственной арматуре общепромышленного назначения ходовые гайки изготовляются из латуни, для ответственной арматуры применяются ходовые гайки из бронзы. Используются для этой цели бронзы марок БрАЖМц10-3-1,5 (НВ 170—200) или БрАЖН 10-4-4 (НВ 200—400). Шероховатость резьбовых поверхностей Ra < 2,5 мкм. В табл. 4.22 приведены допустимые условия эксплуатации ходовых узлов ответственной арматуры (по ОСТ 26-07-1232—75) и их гарантированный цикловой ресурс. При контактных давлениях в 50 МПа следует применять, шпиндель из стали марки 14Х17Н2, ходовую гайку — из бронзы БрАЖМц10-3-1,5. Через каждые 1000 циклов срабатывания должна производиться смазка ходового узла. 4.22. Допустимые условия эксплуатации ходовых узлов ответственной арматуры
В целях унификации размеров деталей предусматривается ограничение применяемых, диаметров трапецеидальной резьбы следующими размерами, мм: Ряд 1 . 10, 12, 16, 20, 26, 32, 40, 50, 60, 80, 100 » И ". '....... 14, 18, 22, 28, 36, 44, 55, 70 При выборе диаметра резьбы следует отдавать предпочтение ряду 1. Ходовые узлы промышленной арматуры нормализованы. На рис. 4,23 и 4.24 показаны конструкции ходовых узлов арматуры с выдвижным шпинделем и маховиком для ручного управления. Рис. 4.23. Ходовой узел с подшипниками скольжения арматуры с выдвижным шпинделем и маховиком Рис. 4.24. Ходовой узел с шарикоподшипниками арматуры с выдвижным шпинделем и маховиком
4.23. Основные технические характеристики ходовых узлов арматуры с выдвижным шпинделем и маховиком для ручного управления В табл. 4.23 приведены основные технические характеристики этих узлов. Для арматуры с электроприводом предусматриваются ходовые узлы, приведенные на рис. 4.25 и 4.26. Арматура с выдвижным шпинделем снабжается ходовыми узлами, показанными на Рис. 4.25. Ходовой узел с шарикоподшипниками арматуры с выдвижным шпинделем и электроприводом Рис. 4.26. Ходовые узлы с шарикоподшипниками арматуры с невыдвижным шпинделем и электроприводом: а — тип I; б — тип II рис. 4.25, арматура с невыдвижным шпинделем — ходовыми узлами, приведенными на рис. 4.26. Основные размеры ходовых узлов арматуры с невыдвижным шпинделем и электроприводом приведены в табл. 4.24. Передача врашения от выходного вала электропривода на арматуру осушествляется через кулачковую муфту, На рис. 4.26,6 показана конструкция кулачковой муфты с промежуточным кулачковым диском, благодаря которому частично компенсируется несоосность расположения осей электропривода и арматуры.
