Запірний вентиль для трубопроводів та шток для нього

Винахід відноситься до трубопровідної арматури, а саме до вентилів для перекривання трубопроводів і регулювання витрати середовищ, що проходять в них, зокрема пари або води, що мають високу температуру і тиск. У запірному вентилі для трубопроводів, що містить корпус з вхідним і вихідним патрубками, з'єднаний з бугелем, шток, герметично встановлений в корпусі з можливістю зворотно-поступального переміщення вздовж його осі і пов'язаний зі шпинделем, з'єднаним з бугелем різьбовим з'єднанням, шток виконаний з титанового поверхня якого має оксидну плівку, що утворюється внаслідок термічного окислення штока. Використання запірного вентиля штока з титанового сплаву з оксидованою поверхнею значно зменшує корозію штока і корпусу вентиля, внаслідок чого підвищується термін служби штока і запірного вентиля. 2 с. та 1 з.п. ф-ли, 1 іл.

Добре відомо, що однією з основних вимог, що пред'являються до запірних вентилів, що працюють у трубопроводах пари або води при високій температурі та тиску, є їх корозійна стійкість у цих середовищах.

При розробці та конструюванні запірних вентилів ретельно опрацьовують характеристики матеріалів, з яких виготовляються деталі запірних вентилів та їх поведінка у конкретних робочих середовищах.

Відомо, що гарною корозійною стійкістю до середовища, в якому є хоча б сліди вологи або води, є титан і його сплави (див. проспект фірми "TIMET" Титанові труби).

Однак відомо, що титан та його сплави зі сталлю, широковикористовується в запірних вентилях, є електрохімічною парою, різниця електродних потенціалів між титановим сплавом і вуглецевою сталлю досить велика, тому між ними може бути значна контактна корозія (див. книга Н. Д. Томашов, Р.М Альтовський. Корозія та захист титану. М.: Машгіз, 1963, стор 61).

У відомому запірному пристрої для трубопроводів (див. каталог Промислова трубопровідна арматура. Частина II (книга 1). - М.: ЦИНТІ Хімнефтемаш, 1989, стор 17-18), що містить корпус з кришкою, стійку, кільця ущільнювача сальника і диск, цей недолік усунений тим, що всі основні деталі: корпус, кришка та диск, що контактуються між собою через робоче середовище, виконані з титанового сплаву. Стійка виконана зі сталі, кільця ущільнювачів сальника-фторопласт. Однак цей пристрій вимагає великої витрати титанового сплаву, що неекономічно та неефективно.

Найбільш близькими за технічною сутністю до пропонованого винаходу є запірний вентиль для трубопроводів і шток для нього (див. кн. Імбридський М.І. Довідник з арматури теплових електростанцій. - М: Енерговидав, 1981, стор 98-99).

Запірний вентиль містить корпус з вхідним та вихідним патрубками, з'єднаний з бугелем; шток, герметично встановлений в корпусі з можливістю зворотно-поступального переміщення вздовж осі, пов'язаний зі шпинделем, з'єднаним з бугелем різьбовим з'єднанням.

Корпус, шпиндель, шток виконують із матеріалів, які мають відносно високу корозійну стійкість при роботі в напружених умовах, зокрема, у магістралях пари або води при тиску до 40 мПа та температурі до 560 o C; Таким матеріалом є сталь.

Запірний вентиль працює таким чином, що у разі відкриття штокпереміщається вгору, ковзає по внутрішній поверхні ущільнення, притисненого через грундбуксу притискною планкою і таким чином відкриває отвір в корпусі, внаслідок чого вода проходить крізь корпус, заповнюючи його порожнину; у разі закриття вентиля шток ковзає по внутрішній поверхні ущільнення вниз, закриваючи отвір в корпусі.

Недоліком даного вентиля є його низькі експлуатаційні характеристики, зокрема, значне корозійне зношування штока, що обмежує термін експлуатації і знижує надійність запірного вентиля.

Це зумовлено наступними факторами: перебуваючи в робочому середовищі (пар або вода з високою температурою та тиском), всі елементи вентиля, що контактуються з цим середовищем, зазнають корозії. При корозії штока поверхня його руйнується стає нерівною і, переміщаючись вгору, вниз по поверхні ущільнення, він руйнує внутрішній шар ущільнення, що контактує з поверхнею штока, в результаті чого порушується герметичність між ущільненням і штоком; робоче середовище, пара або вода, що має високу температуру і тиск, починає просочуватися вгору, призводячи до руйнування всього ущільнення, внаслідок чого робоче середовище починає контактувати з поверхнею корпусу, що природно призводить до корозії корпусу в цьому місці.

Додатково, крім зазначеного, на протікання процесу корозії впливає електрохімічна пара (шток-корпус). Загальновідомо, що підвищення міцності поверхні статного штока застосовують азотування його поверхні.

Таким чином, незважаючи на близькість матеріалів (шток-корпус) за природою, дія вищеперелічених факторів, навіть незначне, викликає спонтанне сукупне розтравлення поверхні матеріалу штока як найбільш інтерофазної системи.

Найбільш близьким до заявляється штоку є шток, що використовується в запірному вентилі (див. кн. Імбридський М.І. Довідник з арматури теплових електростанцій. - М: Енерговидав, 1981, стор. 98-99), що являє собою вал, виконаний з сталі.

До нестачі штока, що використовується в запірних вентилях на трубопроводах води та пари при високих температурі (до 560 o C) і тиску (до 40 мПа), відноситься його низька корозійна стійкість, що погіршує надійність та термін служби запірних вентилів.

Відомо, що підвищення твердості поверхні сталі здійснюють її азотирование.

Однак навіть азотована поверхня штока, що використовується в запірних вентилях, що працюють у напружених умовах, піддається корозії.

Це зумовлено тим, що, по-перше, саме середовище (пар, вода) роз'їдає азотовану поверхню штока, по-друге, внаслідок того, що азотована поверхня штока зі сталі має більш позитивне значення електродного потенціалу, ніж у сталевого корпусу, з'являється додаткова контактна , локальна електрохімічна корозія та високотемпературна газова корозія, що знижує термін експлуатації штока та, природно, надійність запірного вентиля.

Це завдання вирішується тим, що у відомому запірному вентилі для трубопроводів, що містить корпус з вхідним і вихідним патрубками, з'єднаний з бугелем, шток, герметично встановлений в корпусі з можливістю зворотно-поступального переміщення вздовж його осі і пов'язаний зі шпинделем, з'єднаним з різьбовим бугелем , відповідно до винаходу шток виконаний з титанового сплаву, поверхня якого має оксидну плівку, що утворюється в результаті термічного оксидування штока.

Відношення контактуючих між собою через робоче середовище (пар чи вода) площіповерхні штока до площі поверхні корпусу менше або дорівнює одиниці.

Це завдання згідно винаходу вирішується також тим, що шток для запірного вентиля, що представляє собою вал, виконаний з титанового сплаву, поверхня якого має оксидну плівку, що утворюється в результаті оксиду термічного штока.

Виконання штока з титанового сплаву, що має оксидну плівку, яка створена в результаті термічного оксидування поверхні штока, зменшує корозію штока, а також сталевого корпусу вентиля внаслідок зменшення електрохімічних процесів, що відбуваються між ними.

Розглянемо процеси корозії для пари, що протікають: сталевий корпус і шток з титанового сплаву з оксидованою поверхнею: а) при контактній електрохімічній корозії в умовах ближчих значень електродних потенціалів (сталь-титан оксидований) в порівнянні зі значеннями електродних потенціалів (сталь-сталь з азотованою поверхнею) ), швидкість корозії надзвичайно мала.

- електродний потенціал: сталі 20Х13 у 5% p-pe NaCl відповідає

-0,300 У TiO2 в 5% p-pe NaCl відповідає

-0,295); б) локальне електрохімічне розтравлення (корозія) більш однорідного структурно-фазового складу, як поверхнею, так і по глибині оксидованого титану (TO2) менш ймовірно в порівнянні з локальною електрохімічною корозією, що протікає у разі азотованої поверхні сталі; в) високотемпературна газова корозія оксидованого титанового сплаву через досягнення максимально високого ступеня окислення на стадії оксидування і нижчого коефіцієнта дифузії кисню в титановий сплав, порівняно із залізом (Fe), практично виключена на температурних режимах експлуатації штока.

Таким чином, виконання штокау запірному вентилі з титанового сплаву з оксидованою поверхнею більш переважно порівняно зі штоком, виконаним зі сталі, навіть з азотованою поверхнею, зважаючи на значно меншу кількість факторів ризику, що сприяють протіканню корозійних процесів.

Близькі значення електродних потенціалів поверхонь сталевого корпусу та оксидованого титанового штока, термодинамічна стійкість поверхні оксидованого титанового штока до корозійних процесів визначає і більшу корозійну стійкість поверхні сталевого корпусу в парі сталь - оксидований титан, порівняно з парою сталь - азотована сталь.

Зменшення корозії лежить на поверхні штока сприяє збереженню внутрішньої поверхні ущільнення, постійно взаємодіючого з поверхнею штока, тобто. зберігається герметичність між штоком та ущільненням, внаслідок чого підвищується надійність вентиля, збільшується термін служби його, крім того, усувається утворення корозії на поверхні кришки, у місці контакту із зовнішньою поверхнею ущільнення.

Як показали дослідження, проведені в ДНВП "Мотор", корозійні процеси протікають слабше, якщо площа поверхні штока з титанового сплаву з оксидованою поверхнею (катод) менша або дорівнює площі поверхні корпусу (анод), що контактують між собою через робоче середовище (пар або вода) .

Завдяки виконанню штока (для вентиля) з титанового сплаву з оксидованою поверхнею, зменшується локальна електрохімічна корозія за рахунок більш однорідного структурно-фазового складу як по поверхні, так і по глибині титанового оксидованого сплаву, навіть при його пошкодженому шарі.

Крім того, високотемпературна газова корозія оксидованого титановогосплаву практично виключена при температурних режимах експлуатації даного штока зважаючи на досягнення максимально високого ступеня окислення на стадії оксидування і нижчого коефіцієнта дифузії кисню в титановий сплав, порівняно із залізом.

Сутність винаходу пояснюється кресленням, де представлений загальний вигляд запірного вентиля зі штоком, розріз.

Запірний вентиль складається з корпусу 1 з вхідним і вихідним патрубками, бугеля 2 з гайкою 3, що забезпечує різьбове з'єднання зі шпинделем 4, з'єднаним зі штоком 5 кульовим з'єднанням 6, і пов'язаним з маховиком 7, притискної планки 8, встановленої над грандбуксом ущільненням 10, виконаним у вигляді асбографітових кілець. При цьому шток 5 встановлений у корпусі 1 герметично з можливістю зворотно-поступального переміщення вздовж осі.

Запірний вентиль працює так, що при його відкритті шпиндель 4 зі штоком 5 піднімаються вгору, відкриваючи отвір у корпусі 1, і робоче середовище (пар або вода) надходять у порожнину корпусу 1. При закритті вентиля шпиндель 4 зі штоком 5 опускаються вниз, перекриваючи тим Найбільш рух робочого середовища через порожнину корпусу 1.

Завдяки використанню в запірному вентилі штока з титанового сплаву з оксидованою поверхнею значно зменшується корозія штока та корпусу вентиля, внаслідок чого підвищується надійність та термін служби штока та запірного вентиля.

1. Запірний вентиль для трубопроводів, що містить сталевий корпус з вхідним і вихідним патрубками, з'єднаний з бугелем, шток, герметично встановлений в корпусі з можливістю зворотно-поступального переміщення вздовж його осі і пов'язаний зі шпинделем, з'єднаним з бугелем різьбовим з'єднанням, що відрізняється шток виконаний з титанового сплаву, поверхня якого маєоксидну плівку, що утворюється внаслідок термічного оксидування штока.

2. Запірний вентиль по п.1, який відрізняється тим, що відношення контактуючих між собою через робоче середовище площі поверхні штока до площі поверхні корпусу менше або дорівнює одиниці.

3. Шток для запірного вентиля, виконаний у вигляді валу, який відрізняється тим, що вал виконаний з титанового сплаву, поверхня якого має оксидну плівку, що утворюється в результаті термічного оксидування валу.