Силовий розрахунок сферичного крана

Геометричний розрахунок сферичного крана

Рисунок 2.1 – Схема ущільнювальної поверхні у

сферичному крані

Діаметр проходу (вікна) крана в корпусі визначається за формулою

(2.1)

де f - коефіцієнт повнопрохідності;

DN – діаметр умовного проходу пробки крана, см.

Діаметр проходу (вікна) крана в корпусі становить:

см

Орієнтовне значення перекриття (ширини ущільнювального кільця) у сферичних кранах при проведенні проектних розрахунків визначається за формулою:

(2.2)

де n– величина перекриття, мм;

k_у – коефіцієнт, який визначається в залежності від матеріалу ущільнювальних кілець, приймаю згідно [1] k_у = 0,25;

DN – умовний діаметр, мм;

PN – умовний тиск, кгс/см².

Орієнтовне значення перекриття (ширини ущільнювального кільця) у сферичних кранах при проведенні проектних розрахунків становить:

мм.

Діаметр сферичної пробки визначається, як і для конічної пробки, при умові, що , тобто:

(2.3)

Діаметр сферичної пробки становить:

см.

Оскільки центральний кут, який відповідний перекриттю n:

,

то

. (2.4)

Центральний кут, який рівний n становить:

Центральний кут зовнішнього краю ущільнювального кільця визначається за формулою:

. (2.5)

Центральний кут зовнішнього краю ущільнювального кільця становить:

.

Центральний кут внутрішнього краю ущільнювального кільця визначається за формулою:

. (2.6)

Центральний кут внутрішнього краю ущільнювального кільця становить:

.

Силовий розрахунок сферичного крана

Зусилля від тиску робочого середовища на пробку сферичного крана визначається за формулою:

, (2.7)

де – радіус середньої лінії ущільнювального кільця;

– робочий тиск середовища.

Виходячи із конструктивних міркувань, приймають, що , а тому:

, (2.8)

де см.

Радіус середньої лінії ущільнювального кільця становить:

см.

Зусилля від тиску робочого середовища на пробку сферичного крана становить:

кгс.

Визначаємо зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець за формулою:

, (2.9)

Зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець становить:

кгс.

Оскільки зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець є рівним зусиллю від робочого тиску середовища на пробку сферичного крана, то крутячий момент визначається за формулою:

. (2.10)

Крутячий момент становить:

Н см.

де Q_з – зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець, кгс;

– коефіцієнт тертя між пробкою і матеріалом ущільнення згідно із [1] приймаю = 0,1;

– робочий тиск, кгс/см².

Затвори сферичного, як і циліндричного кранів працюють в умовах близьких до умов роботи плоского затвора вентиля. Кривизна ущільнення не відіграє великої ролі, оскільки радіус кривизни ущільнювальних поверхонь досить великий у порівнянні з мікронерівностями, а отже із висотою зазорів між поверхнями. Клиновий ефект у сферичному крані також не відіграє суттєвої ролі через великий кут, який утворюють ущільнювальні поверхні (біля 90°).

У зв’язку із цим питомий тиск, який необхідний для забезпечення герметичності сферичних і циліндричних кранів без змащування визначається за формулою:

, (2.11)

де m_с – коефіцієнт, який залежить від типу робочого середовища, згідно із [1] приймаю m_с = 1,5;

с і k_c – сталі, які залежать від матеріалу ущільнення згідно із [1] приймаю
с = 30, k_c = 1,0;

n – ширина перекриття (ущільнення), см.

Питомий тиск, який необхідний для забезпечення герметичності сферичних і циліндричних кранів без змащування становить:

кгс/см².

Оскільки ,то середній питомий тиск на вихідному кільці визначається за такою формулою:

(2.12)

де k_p – коефіцієнти, які залежать від кутової ширини ущільнювального кільця, приймаю згідно [1] k_p= 4,79.

Середній питомий тиск на вихідному кільці становить:

кгс/см²

Максимальний питомий тиск , який буде на внутрішньому краю вихідного кільця крана без попереднього затягування і при затягуванні зусиллям, яке , визначається за формулою:

. (2.13)

Максимальний питомий тиск , який буде на внутрішньому краю вихідного кільця крана без попереднього затягування і при затягуванні зусиллям, яке становить:

кгс/см².

За тієї ж умови питомий тиск на вхідному ущільнювальному кільці буде дорівнювати нулю.

Виходячи із формули (3.12), максимальний питомий тиск на внутрішньому краю ущільнювального кільця буде дорівнювати:

. (2.14)

Максимальний питомий тиск на внутрішньому краю ущільнювального кільця буде становити:

кгс/см².

Якщо у формулі (3.7) врахувати формулу (3.8), то отримаємо формулу для визначення зусилля від дії тиску робочого середовища на пробку сферичного крана визначається за формулою:

. (2.15)

Зусилля від дії тиску робочого середовища на пробку сферичного крана становить:

кгс/см²

Виходячи із умови, що момент тертя у сальнику і у опорі пробки не перевищують 30 % від моменту тертя пробки об корпус, орієнтовний розрахунковий крутячий момент на шпинделі приймається рівним:

(2.16)

Орієнтовний розрахунковий крутячий момент на шпинделі становить:

Н см.

Діаметр шпинделя (суцільного хвостовика пробки) у сальнику при проектному розрахунку визначається із умови кручення за формулою:

, (2.17)

де - розрахункове допустиме напруження, визначається за формулою:

, (2.18)

де σ_тр – тимчасовий опір розриву, для високо вуглецевих хромистих сталей становить σ_тр = 7000 кгс/см².

Розрахункове допустиме напруження становить:

кгс/см²

Діаметр шпинделя (суцільного хвостовика пробки) у сальнику при проектному розрахунку становить:

см.

Схематично сальник крана із змащуванням показано на рисунку 3.1. Канавка 1 набивається спеціальним мастилом. За допомогою лубрикатора у канавку подається мастило під тиском, яке забезпечує герметичність сальника. Зусилля від тиску середовища на шпиндель 2 сприймає його різь.

1 – канавка із набивкою; 2 – шпиндель; 3 – лубрикатор;4 – порожнина для мастила

Рисунок 2.2 – Схематичне зображення сальника крана з плаваючою пробкою із змащуванням

Момент тертя у різі (у тому числі і в сальнику) при повороті шпинделя визначається за формулою:

, (2.19)

де – середній діаметр різі;

– кут підйому різі;

– кут тертя, приймаю згідно [1] .

Кут підйому різі визначається із формули

, (2.20)

де – крок різі, приймаю t = 1,5 мм.

Кут підйому різі становить:

.

Розміри різі шпинделя приймаються із конструктивних міркувань.

Із математики відомо, що:

. (2.21)

Момент тертя у різі (у тому числі і в сальнику) при повороті шпинделя становить:

Н см.

Крутячий момент, який необхідно для повороту пробки крана визначається за формулою:

. (2.22)

Крутячий момент, який необхідно для повороту пробки крана становить:

Н см.

ВИСНОВКИ

В даній розрахунковій роботі на тему „Проектний розрахунок конструктивних параметрів сферичного крану”, я провела геометричний та силовий розрахунок сферичного крану.

У першому розділі я описала суть завдання, привела вихідні дані для розрахунку сферичного крану.

В другому розділі я провела геометричний та силовий розрахунок сферичного крана, в якому були визначені наступні дані:

– діаметр проходу крана в корпусі становить 4,7434см;

– діаметр сферичної пробки становить 14,3573 см;

– центральний кут, який відповідний перекриттю n становить 5°;

– зусилля від тиску робочого середовища на пробку сферичного крана становить 33,192кгс;

– зусилля затягування становить 27,833кгс;

– орієнтовний крутячий момент на шпинделі становить 20,978 Н см;

– крутячий момент, який необхідний для повороту пробки крана становить 16,166 Н см.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ НА ДЖЕРЕЛА

1.Возняк М.П. Матеріали та трубопровідна арматура трубопроводів та сховищ. Методичні вказівки для самостійної та індивідуальної роботи студентів. – Івано-Франківськ: ІФТУНГ, 2010. – 45с.

2. Курсовий і дипломний проекти. Вимоги до змісту та оформлення : СТП 02070855-03-99. – [Чинний від 1999-04-28]. – Івано-Франківськ: Факел, 1999. – 72 с.