Полнопроходная арматура

Один из параметров запорной арматуры (в соответствии с ГОСТ 28338-89 «Соединения трубопроводов и арматуры. Проходы условные (размеры номинальные). Ряды»). – номинальный размер (условный проход).

Часто под номинальным размером (условным проходом) понимают параметр, который применяют в трубопроводных системах в качестве характеристики соединений трубопроводов, арматуры и фитингов.

Номинальный размер (условный проход) не имеет единицы измерения и примерно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, который измеряют в миллиметрах, а в запорной арматуре – внутреннему диаметру присоединяемых концов.

Номинальный размер (условный проход) указывают с помощью обозначения DN и числового значения (выбранного из ряда, указанного в ГОСТ 28338-89). Например, номинальный размер (условный проход) 400 обозначают как DN 400.

Допускается применять обозначение условного прохода (номинального размера) Dy в арматуре и соединениях трубопроводов, производство которых освоено до введения в действие стандарта ГОСТ 28338-89 (дата введения 01.01.91).

Условный проход обозначается Dy, например, условный проход 200 мм выражается как Dy 200.

Исходя из необходимости обеспечения минимального гидравлического сопротивления конструктивных и соображений определяются внутренние размеры проходов в запорной арматуре.

От условий эксплуатации и характера транспортируемого продукта зависят особые требования, предъявляемые к проходному сечению арматуры.

В соответствии с ГОСТом 24856-81 проходная арматура определяется как «промышленная трубопроводная арматура, в которой рабочая среда не изменяет направление своего движения на выходе по сравнению с направлением ее на входе».

Особенно большое значение в этом случае имеет правильность выбора проходного канала арматуры, когда трубопровод, где она смонтирована, периодически подвергается внутренней очистке скребками. Трубопроводную арматуру по форме и сечению проходного канала можно разделить на две группы: с полностью и частично открывающимися каналами.

Рассмотрим несколько определений термина «полнопроходная арматура»:

1. Арматура (проходная, ГОСТ 24856-81), у которой площадь сечения затвора равна или больше площади входного патрубка. Она характеризуется очень незначительным гидравлическим сопротивлением и обусловливает минимальную турбулентность потока.

2. Арматура, у которой площади сечений проточной части равны или больше площади отверстия входного патрубка (ГОСТ Р 52720-2007 «Арматура трубопроводная. Термины и определения»)

3. Арматура, способная пропускать в открытом положении сферу или геометрическое тело того же диаметра.

4. Арматура с диаметром седла не менее 90 % от номинального внутреннего диаметра выходного патрубка.

В сравнении с полнопроходной полнооткрывающаяся арматура имеет канал, который отличается по площади поперечного сечения или конфигурации от канала трубопровода. К такой арматуре относится большинство клапанов (вентилей), кранов, многие модели задвижек и шаровых кранов, и арматура с проходным каналом в виде трубки Вентури.

Целесообразно применение этого вида арматуры в том случае, когда повышенный перепад давления, который связан с уменьшением сечения проходного канала в сравнении с сечением присоединительных концов, не влияет на эксплуатационный режим газопровода.

Полнопроходная арматура меньше полнооткрывающейся, она загрязняется механическими частицами, содержащимися в газе, и способствует беспрепятственному прохождению скребков, шаров и прочих очистных устройств.

Некоторые клиновые и параллельные задвижки, большинство шаровых и многие модели конусных кранов выпускаются полнопроходными.

Полнопроходные и неполнопроходные краны

Полнопроходными могут изготавливаться стальные шаровые краны, когда диаметры отверстий в присоединительных патрубках не сужаются.

Неполнопроходные шаровые краны, у которых диаметры отверстий в шаре меньше диаметра отверстий во фланце применяются с целью экономии металла и снижения усилий и моментов, необходимых для управления арматурой.

Часто неполнопроходные шаровые краны в отличие от полнопроходных имеют больший коэффициент гидравлического сопротивления.

 

Полнопроходные шаровые краны

Рассмотрим цельносварной шаровой кран полнопроходной и неполнопроходной давлением 1,6 МПа под приварку диаметром 200 мм. Обозначение полнопроходного шарового крана – 11с67пЦП Ду 200, неполнопроходного – 11с67пЦП Ду 200/150 (сужение доходит до диаметра 150 мм).

Пропускная способность (kv) полнопроходного крана равна 2720, а масса составляет 44,7 кг. В то же время масса неполнопроходного крана значительно ниже (составляет 34,1 кг), но при этом падает пропускная способность (kv) – 1830.

Часто на цене последнего сказывается снижении массы крана, она значительно ниже, чем у полнопроходного (порой почти 2 раза).

Таким образом, полнопроходные краны имеют преимущество в коэффициенте гидравлического сопротивления (когда нет потери напора, меньше нагрузка на запорный орган). Это обозначает долговечность. У неполнопроходных кранов уменьшаются необходимые для управления усилия, а также цена изготовления за счет снижении веса и сокращения габаритов.

Неполнопроходной шаровой кран: как правило, сужение прохода в шаровом кране выполняется с обеих сторон симметрично, но может быть выполнено и несимметрично, а это является недостатком, ведь при этом шаровой кран такой конструкции необходимо на трубопроводе устанавливать более пологим конусом в сторону движения рабочей среды, а шаровой кран с симметричным сужением можно устанавливать любой стороной к направлению потока.

Строительная длина, коэффициент полнопроходности и величина перекрытия – основные конструктивные параметры.

 

Коэффициент полнопроходности – отношение фактической площади живого сечения прохода крана к площади условного прохода. Выражается следующей формулой:

f= 4Fф/пD2у,

где:

Fф – фактическая площадь живого проходного сечения крана;

Dу – диаметр условного прохода.

Очень большое значение имеет выбор и назначение коэффициента полнопроходности, т. к. от него во многом зависят габариты и гидравлические характеристики крана, строительная длина, надежность и долговечность конструкции.

Для жидких сред в практике арматуростроения часто применяют полнопроходные конструкции с коэффициентом полнопроходимости, равным или близким единице.

Допускается для газообразных сред f больше или равно 0,7. Уменьшить габаритные размеры конструкции можно, уменьшая коэффициент полнопроходности.

 

При уменьшении площади окна прохода размеры самого окна также уменьшаются, а в следствие этого уменьшаются высота корпуса и пробки и средний диаметр, сокращаются габариты и вес, и необходимые для управления краном усилия уменьшаются, но при этом возрастает коэффициент гидравлического сопротивления крана.

 

При выборе коэффициента полнопроходности главное решить, что технически и экономически эффективнее: получить экономию материала (если потеря напора не имеет существенного значения) или на изготовление затратить больше материала и получить арматуру с минимальным коэффициентом гидравлического сопротивления.

Важно иметь в виду, что скорость движения среды в районе сужения при значительном сужении прохода стремительно увеличивается (неразрывность потока). Таким образом, усиление явления эрозии может повлечь за собой и сократить надежность и долговечность рабочего крана в качестве запорного органа.

 

Отличия стандартнопроходного и полнопроходного шаровых кранов

К полнопроходным относят краны с диаметром прохода (отверстия в шаре), равным номинальному диаметру трубопровода.

Преимущество таких кранов заключается в низком уровне гидравлических потерь, когда рабочая среда не создает давления и проходит через отверстие без сопротивления.

Диаметр прохода у стандартнопроходных кранов меньше условного диаметра трубы на 10 % (и более).

Коэффициент гидравлического сопротивления у неполнопроходных кранов существенно выше, при этом незначительно отличается пропускная способность.

Разница в применении

Шаровые краны со стандартным проходом стоят дешевле, потому что имеют меньшие габариты, а также менее затратны в производстве. Они отлично подходят для трубопроводов, когда напор воды не критичен.

Краны с полным проходом целесообразно устанавливать в таких системах, где нужно снизить гидравлическое сопротивление.

Диаметр выходного отверстия шара неполнопроходного шарового крана меньше диаметра трубопровода на один или несколько типоразмеров. Такие шаровые краны имеют больший коэффициент гидравлического сопротивления, чем полнопроходные, но в них ниже вероятность возникновения гидравлического удара из-за слишком быстрого перекрытия рабочей среды.

Применение неполнопроходных кранов обеспечивает уменьшенную стоимость изготовления за счет сокращения металлоемкости, а также снижение усилий и моментов, необходимых для управления арматурой.