Шиберная задвижка (варианты)

 

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре для нефти, газа, пара, воды, нефтехимических продуктов и т.д., а именно к линейной арматуре, в частности к задвижкам. Шиберная задвижка содержит запирающий элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента. По первому варианту выполнения задвижки, уплотнительные поверхности запирающего элемента и поверхность седел со стороны контакта с уплотнительными поверхностями запирающего элемента выполнены с покрытием в виде напыленного высокоскоростным газопламенным методом порошка, включающего карбид вольфрама на связке одного из следующих металлов и сплавов: Со, Ni, CoCr, NiW, NiCrBSi, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 5 до 30 вес %. По второму варианту выполнения полезной модели нанесенное на вышеуказанные поверхности покрытие включает карбид хрома на связке NiCr, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 15 до 35 вес %. Оба варианта предусматривают пропитку покрытия раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ. Полезная модель позволяет повысить гарантированный ресурс эксплуатации шиберных задвижек.

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре для нефти, газа, пара, воды, нефтехимических продуктов и т.д., а именно к линейной арматуре, в частности к задвижкам.

Задвижки являются арматурой, в которой запирающий элемент перемещается по прямой линии, перпендикулярной направлению движения потока рабочей среды. Материалами, наиболее часто применяемыми в конструкции задвижек, являются чугун, углеродистая, легированная и нержавеющая сталь, бронза и другие медьсодержащие и никелевые сплавы. Для высоко коррозионных рабочих сред и сред, вступающих в химическую реакцию с металлическими поверхностями арматура должна быть покрыта защитными материалами, например эбонитом, пластмассами, стеклом и керамикой (Шпаков О.Н. Азбука трубопроводной араматуры. Справочное пособие. ООО Изд-во «Компрессорная и химическая техника», 2003 г.)

Известна шиберная задвижка, содержащая запирающий элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента, при этом запирающий элемент выполнен из низколегированной стали с низким содержанием хрома с азотированными уплотнительными поверхностями, а седла выполнены с наплавкой из сплава на основе кобальта, в частности Stellite 6, включающем хром, углерод, вольфрам и кобальт (Патент США №4599278, F16K 3/00, 1986 г.).

Недостатком известного решения является то, что оно не обеспечивает долговременной антикоррозионной защиты уплотнительных поверхностей запирающего элемента и контактирующих с ними поверхностей седел, а значит снижает надежность работы и ресурс задвижки. Как известно, наплавка или оплавление производится при очень высоких температурах, поэтому в

процессе нанесения покрытия перегревается основная деталь, что приводит к деформации и разупрочнению основного металла, из которого выполнены седла. Кроме того, при оплавлении образуются окислы, что также снижает адгезионные и коррозионные характеристики покрытия. Азотирование уплотнительных поверхностей запирающего элемента также не обеспечивает их коррозионной стойкости.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является увеличение надежности работы и ресурса шиберной задвижки в условиях особо агрессивных сред, за счет обеспечения защитного покрытия уплотнительных поверхностей ее запирающего элемента и контактирующих с ними поверхностей седел, обладающего высокой твердостью, коррозионной стойкостью и высокой адгезией к основному материалу, а также обладающего гидрофобизирующими свойствами.

Задача решается тем, что в шиберной задвижке, содержащей запирающий элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента, согласно первого варианта исполнения, уплотнительные поверхности запирающего элемента и поверхность седел со стороны контакта с уплотнительными поверхностями запирающего элемента выполнены с покрытием в виде напыленного высокоскоростным газопламенным методом порошка, включающего карбид вольфрама на связке одного из следующих металлов и сплавов: Со, Ni, CoCr, NiW, NiCrBSi, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 5 до 30 вес %. Кроме того, покрытие на уплотнительных поверхностях запирающего элемента и поверхности седел может быть выполнено с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ.

Согласно второго варианта исполнения, уплотнительные поверхности запирающего элемента и поверхность седел со стороны контакта с уплотнительными поверхностями запирающего элемента выполнены с

покрытием в виде напыленного высокоскоростным газопламенным методом порошка, включающего карбид хрома на связке из сплава NiCr, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 15 до 35 вес %.

Также как и в первом варианте исполнения, покрытие на уплотнительных поверхностях запирающего элемента и поверхности седел может быть выполнено с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ.

Выполнение покрытия, согласно первого варианта исполнения, в виде нанесенного методом высокоскоростного газопламенного напыления слоя порошка, включающего карбид вольфрама на связке одного из следующих металлов и сплавов: Со, Ni, CoCr, NiW, NiCrBSi, обеспечивает создание на уплотнительных поверхностях запирающего элемента и седел слоя повышенной твердости, стойкого к абразивному истиранию и коррозии даже в условиях особо агрессивных сред.

Использование частиц карбида вольфрама, обладающих высокой твердостью, превышающей твердость абразивных частиц, для образования металлической матрицы покрытия позволяет создать слой из износостойкого материала, обеспечивающего желательную стойкость к абразивному износу, а материал связки способствует коррозионной стойкости покрытия.

Процентное содержание материала связки в покрытии обусловлено следующими соображениями.

С увеличением количества материала связки в покрытии в вес %, уменьшается количество частиц повышенной твердости и покрытие становится менее твердым, а с уменьшением твердость покрытия увеличивается. Для работы в агрессивных средах, когда на задвижку действуют абразивные частицы высокой твердости, для того, чтобы противостоять быстрому истиранию, твердость покрытия должна быть сопоставима с твердостью абразивных частиц и составлять не менее 60-62 HRC. Вместе с тем, при содержании материала связки в покрытии свыше 30 вес % твердость покрытия начинает резко падать и составляет менее 60 HRC (при содержании связки в

количестве 30 вес % - твердость составляет 60-62HRC). Смысл использования в покрытии карбидной упрочняющей фазы теряется.

При уменьшении содержания материала связки ниже 5 вес % (при 5 вес % твердость - 78 HRC) наряду с увеличивающейся твердостью покрытие становится более хрупким, что в процессе работы задвижки может привести к его разрушению.

Выполнение покрытия, согласно второго варианта исполнения, в виде нанесенного методом высокоскоростного газопламенного напыления слоя порошка, включающего карбид хрома на связке из сплава NiCr, также обеспечивает создание коррозионно-стойкого слоя повышенной твердости, обеспечивающего стойкость к абразивному истиранию в условиях агрессивных сред даже при высоких температурах до 1100°.

Предел содержания материала связки в покрытии (от 15 до 35 вес %) обусловлен требованиями к заданным значениям твердости покрытия и выбран аналогично соображениям, изложенным для первого варианта исполнения. Так, при уменьшении содержания связки ниже 15% увеличивается хрупкость покрытия, что в условиях работы может привести к его разрушению, а при увеличении свыше 35% снижается твердость покрытия, которая становится меньше 62 HRC и, соответственно, пропадает смысл использования упрочняющей фазы.

Нанесение защитного слоя методом высокоскоростного газопламенного напыления обеспечивает равномерное покрытие поверхностей, высокие адгезионные характеристики с основным материалом, высокую плотность покрытия, и, благодаря используемой при данном методе низкой температуре газовой струи и отсутствию свободного кислорода, способствует низкому содержанию оксидов в покрытии, что повышает его коррозионную стойкость.

Выполнение покрытия с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ обеспечивает образование на поверхности покрытия и в порах (все равно имеющихся, несмотря на высокую плотность покрытия) тонкой (около 30-50 А) пленки, обладающей высокими

гидрофобизирующими свойствами и рядом других положительных свойств, в том числе способностью защитить контактирующие поверхности от окисления и истирания, поскольку пропитка уменьшает коэффициент трения контактирующих поверхностей запирающего элемента и седел. Кроме того, пропитка облегчает работу приводных механизмов.

На фиг.1 представлена шиберная задвижка.

Шиберная задвижка содержит запирающий элемент 1, выполненный в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями 2 и 3, и уплотнительные седла 4 и 5, закрепленные на корпусе 6 задвижки. На поверхности 7 и 8 уплотнительных седел и уплотнительные поверхности 2 и 3 запирающего элемента 1 нанесено покрытие из твердого коррозионно-стойкого материала, в качестве которого используют:

- карбид вольфрама на связке одного из следующих металлов и сплавов: Со, Ni, CoCr, NiW, NiCrBSi, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 5 до 30 вес %. Каждая из частиц напыляемого порошка включает в себя частицы карбида вольфрама, в качестве которого может быть использован карбид моновольфрама (WC), карбид бивольфрама (W 2C) или маркрокристаллический карбид вольфрама, диспергированные в материале связки;

- карбид хрома (Сr3 С2) на связке из сплава NiCr, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 15 до 35 вес %. Каждая из частиц напыляемого порошка включает в себя частицы карбида хрома, диспергированные в материале связки.

Покрытие нанесено на поверхности 2, 3, 7, 8 методом высокоскоростного газопламенного напыления, позволяющего производить покрытие при температуре 120°, не объединяя его со сварочными методами наплавки или оплавления. Процесс высокоскоростного газопламенного напыления осуществляется за счет использования энергии сверхзвуковой газовой струи, образующейся в результате сгорания газообразного пропана в воздухе. В процессе напыления температура частиц порошка ниже температуры

плавления, а их скорость достигает значений свыше 800 м/с. Относительно низкая температура газовой струи и отсутствие свободного кислорода обеспечивают низкое содержание оксидов в покрытии. Частицы порошка покрытия, обладая высокой кинетической энергией при соударении с напыляемой поверхностью (и переходе кинетической энергии в тепловую) образуют металлическую связь с материалом, из которого он выполнен. Адгезия покрытия к основному материалу превышает 80 МПА, а пористость составляет менее 0,3%.

В нижеприведенной таблице представлены сведения о ресурсе задвижки с покрытиями, предлагаемыми к нанесению на поверхности ее контактирующих элементов в зависимости от состава и процентного содержания материала связки, в следующих средах:

Среда 1: неагрессивный природный газ, содержащий жидкие углеводороды, этиленгликоль, метанол (СН3ОН), турбинные масла, воду и механические примеси в следующем количестве: влага и конденсат - до 1200 мг/нм3; механические примеси до 10 м2/нм3 с размером частиц до 1 мм, а также реагенты, вызывающие коррозию: сероводород - не более 20 мг/нм3, натрий + калий - не более 3 мг/нм3.

Среда 2: вода, глинистый раствор, цементный раствор, растворы кислот соляной, серной, муравьиной в концентрации до 20%, нефть.

Материал покрытия % содержание материала связки в покрытии Твердость, HRCРесурс задвижки, кол-во циклов
Упрочняющая фазаМатериал связки
Среда 1Среда 2
  568-72 Не менееНе менее
WCСо15 64-6860004000
  3060-64   

 Ni 568-72Не менееНе менее
  15 64-6860004000
  3060-64   
 CoCr5 68-72Не менееНе менее
WC  1564-687000 5000
  3060-64   
 NiW5 68-72Не менееНе менее
  1564-68 70005000
  30 60-64  
 NiCrBSi568-72 Не менееНе менее
  1564-687000 5000
  3060-64   
Сr3С2 NiCr15  Не менееНе менее
  25 8000 6000
  35    

Из таблицы видно, что срок службы шиберной задвижки с любым из предлагаемых покрытий, по сравнению с известными (например легированной сталью, ресурс которых составляет 1000 циклов), увеличится в несколько раз, поскольку нанесенный на поверхности ее элементов защитный слой обладает требуемым уровнем прочностных, коррозионных, а в случае применения второго варианта покрытия и жаростойких свойств, препятствующих разрушению этих поверхностей.

Полезная модель позволяет повысить гарантированный ресурс эксплуатации шиберных задвижек.

1. Шиберная задвижка, содержащая запирающий элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента, отличающаяся тем, что уплотнительные поверхности запирающего элемента и поверхность седел со стороны контакта с уплотнительными поверхностями запирающего элемента выполнены с покрытием в виде напыленного высокоскоростным газопламенным методом порошка, включающего карбид вольфрама на связке одного из следующих металлов и сплавов: Со, Ni, CoCr, NiW, NiCrBSi, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 5 до 30 вес.%.

2. Шиберная задвижка по п.1, отличающаяся тем, что покрытие на уплотнительных поверхностях запирающего элемента и поверхности седел выполнено с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ.

3. Шиберная задвижка, содержащая запирающий элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента, отличающаяся тем, что уплотнительные поверхности запирающего элемента и поверхность седел со стороны контакта с уплотнительными поверхностями запирающего элемента выполнены с покрытием в виде напыленного высокоскоростным газопламенным методом порошка, включающего карбид хрома на связке сплава NiCr, при этом содержание материала связки в покрытии лежит в пределах от 15 до 35 вес.%.

4. Шиберная задвижка по п.3, отличающаяся тем, что покрытие на уплотнительных поверхностях запирающего элемента и поверхности седел выполнено с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ.



 

Похожие патенты:

Стальная или чугунная шиберная ножевая задвижка с электроприводом или пневмоприводом относится к области нефтяного и химического машиностроения и может быть использована в качестве запирающего и регулирующего устройства на трубопроводах, транспортирующих рабочую среду, например, нефть или техническую воду под давлением, а также для перекрытия каналов устьевой арматуры фонтанных, насосных и нагнетательных скважин.

Техническим результатом является повышение несущей способности поврежденных ребристых плит перекрытий

Заявляемое устройство электрохимической защиты трубопроводной арматуры от внутренней коррозии может быть использовано для защиты различных типов трубопроводной арматуры - поворотных дисковых затворов, обратных дисковых затворов, клиновых и шиберных задвижек нержавеющих, а также трубопроводной арматуры клапанного типа.

Полезная модель относится к области запорной арматуры, применяемой для перекрытия потока рабочей среды на трубопроводах (магистрали), в частности, к шаровым кранам
Наверх