С.В.Сейнов - президент-научный руководитель НПО «ГАКС-АРМСЕРВИС», д.т.н., профессор, член-корр. РАПК.
 
Затвор клиновой задвижки является сборочным соединением, в котором происходит контактное взаимодействие четырех уплотнительных поверхностей. Ожидаемый результат такого взаимодействия - регламентированная герметичность в виде допустимой протечки и регламентированный ресурс, выраженный количеством циклов срабатывания затвора клиновой задвижки. В зависимости от исполнения клиновой задвижки могут обеспечивать одностороннее или двухстороннее уплотнение затвора. При одностороннем уплотнении функцию по обеспечению герметичности выполняет пара уплотнительных поверхностей, расположенных на выходном, по направлению движения среды, патрубке. При двухстороннем уплотнении функцию по обеспечению герметичности выполняют две уплотнительные пары единовременно и на входном патрубке и на выходном патрубке. Клиновые  задвижки могут использоваться в трубопроводных системах, в которых возможно движение транспортируемой среды в двух противоположных направлениях. Это условие приводит к необходимости обеспечения работоспособности каждой уплотнительной пары по принципу  одностороннего уплотнения. Такое функционирование задвижек целесообразно, так как в этом случае используется энергия транспортируемой среды и нет необходимости применять мощные приводные устройства, влекущие за собой громоздкие и тяжеловесные конструкции клиновых  задвижек.
 
Главным критерием обеспечения герметичности уплотнений затвора клиновой задвижки, принятым в расчетных методиках «НПФ «ЦКБА» (бывший ЦКБА), является номинальное контактное напряжение герметизации (qн.г.). На основе этого критерия разработаны и используются на практике рекомендации, методические указания и руководящие документы по выбору размерных параметров уплотнительных колец [1,2]. Проведенный анализ состояния номинальных контактных напряжений, которые образуются под действием транспортируемой среды в уплотнениях задвижек, изготовленных по рекомендованным размерным параметрам для размерных рядов DN (Ду) и PN (Ру) дает достаточно сложную картину (рис.1).
 
Рис.1. Номинальные напряжения в уплотнениях затвора задвижек при действии на него энергий транспортируемой среды.
 
Из общего характера картины распределения номинальных напряжений выделяются три зоны.
 
Первая зона - «зонаА» соответствует такому сочетанию площади номинального контакта уплотнительных поверхностей затвора для всего ряда DN (Ду) и ограниченного ряда PN (Ру), при котором номинальные контактные напряжения в уплотнении не превышают предельно допустимые нормы (qп). Эта «зона А» может быть охарактеризована как зона благоприятного контактного взаимодействия подвижных элементов уплотнений затвора клиновой задвижки.  
 
Вторая зона - «зона В» характеризуется таким характером номинальных контактных напряжений в уплотнении, которое может привести к повышенному износу уплотнения и внезапной потере герметичности в затворе. Учитывая опыт эксплуатации уплотнений с таким характером контактного взаимодействия «зона В» может быть охарактеризована как зона рискованного контактного взаимодействия подвижных элементов уплотнения затвора клиновой задвижки.
 
Третья зона - «зона С» содержит в своем составе такое сочетание уплотнений для ограниченного ряда DN (Ду) и PN (Ру), в которой номинальные контактные напряжения превышают предельно допустимые нормы. По характеру возможных эксплуатационных результатов «зона С» должна быть охарактеризована как зона недопустимого риска контактного взаимодействия подвижных элементов уплотнения затвора клиновой задвижки.
 
Исследования напряженно-деформированного состояния затворов задвижек и других типов запорной арматуры [3] показали, что действительные значения контактных напряжений в уплотнении значительно отличаются от номинальных характером распределения по периферической зоне уплотнительного кольца (рис.2).
Рис. 2. Распределение контактных напряжений при  контактном взаимодействии уплотнений затвора клиновой задвижки:
1 - номинальные напряжения; 2 - действительные напряжения.
 
По сравнению с номинальными распределение действительных напряжений неравномерно.Оно носит синусоидальный характер. Амплитуды максимальных напряжений в 1,5 ... 2 раза превышают номинальные и находятся: одна - в зоне 135° развертки кольца уплотнения и вторая - в зоне 225°. Координаты зон максимальных амплитуд контактных напряжений достаточно хорошо совпадают с зонами уплотнений, в которых в процессе эксплуатации и даже при приемо-сдаточных испытаниях появляются «задиры», приводящие к резкой потере герметичности. Именно это обстоятельство объясняет появление «зоны В» как зоны рискованного контактного взаимодействия.
 
Описанные явления порождают вопрос о причинах неравномерного распределения контактных напряжений и методах устранения или снижения вредного влияния максимальной амплитуды напряжений. Основная причина неравномерности в распределении контактных напряжений состоит в изменении исходных размерных параметров корпуса клиновой задвижки при действии распределенной нагрузки от энергии транспортируемой среды. Это приводит к деформациям уплотнительных поверхностей корпуса и изменению угловых размеров клиновой полости и отклонениям формы уплотнений [3]. Устранить это явление можно за счет координированного увеличения жесткости корпуса, которое возможно при  новом  конструировании. Для существующих конструкций клиновых задвижек имеется возможность уменьшить вредное влияние пиковых амплитуд контактных напряжений за счет сочетания точности функциональных метрических параметров уплотнений клиновой камеры корпуса и уплотнительных поверхностей клина. Понятием функциональные метрические параметры объединены в единую совокупность пять групп параметров - отклонения линейных и угловых размеров (0), отклонения взаимного положения поверхностей, осей и центров (1), отклонения геометрической формы деталей и поверхностей (2), волнистость (3) и шероховатость (4).
 
ЛИТЕРАТУРА:
1. Д.Ф. Гуревич. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1964, 832 с.
2. Д.Ф. Гуревич, О.Н. Шпаков, Справочник конструктора по трубопроводной арматуре. Л.: Машиностроение, 1987, 518 с.