RU238696U1 - Шиберная задвижка с износостойким покрытием элементов трения привода - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к запорным устройствам и может быть использована в нефтеперерабатывающей промышленности, в частности в установках каталитического крекинга. Шиберная задвижка с износостойким покрытием элементов трения привода содержит корпус с входной и выходной зонами, опорный конус, опорную плиту, направляющие, шиберный диск, приводное устройство со штоком и уплотнительный сальник с наконечником. Шток и наконечник сальника имеют износостойкое покрытие для высоких температур. При этом износостойкое покрытие обладает твердостью по меньшей мере 50 HRC и устойчивостью к температурам до 800°C. За счет применения износостойкого покрытия достигается улучшение защитных характеристик конструктивных элементов шиберной задвижки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к запорным устройствам и может быть использована в нефтеперерабатывающей промышленности, в частности в установках каталитического крекинга. Шиберные задвижки используются для регулирования потока сырья, катализатора и других технологических сред в процессе крекинга.

В процессе эксплуатации шиберных задвижек в установках каталитического крекинга, некоторые конструктивные элементы подвержены истиранию и износу, что приводит к частому ремонту и замене особо важных элементов конструкции.

Известна шиберная задвижка (патент RU 91611 U1), которая содержит запирающий элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента, в которой уплотнительные поверхности запирающего элемента и поверхность седел со стороны контакта с уплотнительными поверхностями запирающего элемента выполнены в виде напыленного газотермическим методом слоя покрытия на основе карбидов вольфрама, хрома, титана, кремния на связке никелевых или кобальтовых сплавов, включающих никель-хром, кобальт-хром, никель-вольфрам, никель-титан, самофлюсующиеся сплавы, включающие никель-хром-бор-кремний, с включениями на границе зерен напыленного покрытия наночастиц, включающих окислы алюминия и/или титана, при этом содержание наноразмерных окислов лежит в пределах от 0,05 до 5 вес. %.

Недостатками известного аналога являются:

- Отсутствие защиты подвижных узлов;

- Наличие наночастиц в покрытии может привести к неравномерному износу, особенно при высоких нагрузках.

Известно «Шиберное регулирующее устройство» (Патент RU 57409 U1). Шиберное регулирующее устройство содержит корпус с перепускным каналом, направляющие, которые выполнены в виде жестко зафиксированных в корпусе пластин из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала и снабжены окнами, соответствующими перепускному каналу по форме и площади проходного сечения, шиберную пластину из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, размещенную между направляющими пластинами по скользящей посадке, и привод возвратно-поступательного перемещения шиберной пластины между позициями «закрыто» и «открыто». Для повышения надежности перепускной канал корпуса футерован гильзами, которые по меньшей мере частично изготовлены из стойкого к коррозии и/или абразивному износу материала, служат упорами для направляющих пластин и зафиксированы в корпусе от осевого смещения упорными резьбовыми втулками, а шиберная пластина имеет в верхней части окно для прохода текучей среды.

Недостатки устройства:

- Технологическая сложность точной сборки конструкции приводит к риску неравномерного распределения нагрузок и образованию микротрещин.

- Отсутствие защиты подвижных узлов.

Наиболее близким аналогом (прототипом) выбран золотниковый клапан, раскрытый в патенте US 5301712 A. Золотниковый клапан содержит корпус, имеющий наружную металлическую оболочку и футеровку из огнеупорного материала, образующую сквозной канал, имеющий входное и выходное отверстия, а также боковое отверстие, пересекающее проточный канал, промежуточное между входом и выходом, канавку, расположенную с каждой стороны футеровки, проходящей поперечно от бокового отверстия за пределами и на противоположных сторонах проточного канала, образуя противоположную направляющую с каждой стороны проточного канала, диафрагма с отверстием, которое может быть сдвинуто через боковое отверстие в канавках. Футеровка огнеупорного материала, которая, предпочтительно, была отлита на месте и таким образом закреплена на внутренней поверхности металлической оболочки для образования сквозного канала. Металлическая сетка прикреплена к внутренней поверхности металлической оболочки, например, с помощью сварки, а огнеупорный материал отливается на месте, а затем ему придается формовая форма, например, с помощью форм, траления и т.д. для формирования проточного канала. Литая огнеупорная футеровка, образующая входное отверстие, имеет коническую поверхность, которая простирается вниз и внутрь от ее верхнего конца к отверстию в месте его пересечения с боковым отверстием, и коническую поверхность.

Недостатки прототипа (US 5301712 A):

- Отсутствие защиты подвижных узлов: шток и сальник в аналоге не имеют износостойкого покрытия, что приводит к быстрому истиранию и износу из-за подвижности штока при неподвижности сальника.

- Низкая термическая стабильность: огнеупорная футеровка подвержена растрескиванию при перепадах температур.

- Сложное уплотнение: герметизация за счет прижима пластины требует идеальной геометрии направляющих, которая нарушается при износе.

Техническими проблемами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются:

1. Снижение износа элементов трения привода.

2. Увеличение срока службы конструктивных элементов шиберной задвижки и межремонтного интервала за счет повышения долговечности ключевых компонентов.

3. Повышение надежности устройства в условиях высоких температур и абразивных сред.

Технический результат заявляемой полезной модели: улучшение защитных характеристик конструктивных элементов шиберной задвижки за счет применения износостойкого покрытия.

Технический результат достигается за счет того, что шиберная задвижка с износостойким покрытием элементов трения привода, содержит корпус с входной и выходной зонами, опорный конус, опорную плиту, направляющие, шиберный диск, приводное устройство со штоком и уплотнительный сальник с наконечником, при этом шток и наконечник сальника имеют износостойкое покрытие, выполненное из материала твердостью не менее 50 HRC и устойчивым к температурам до 800°C, например, из материала Tribaloy T-800 и нанесено методом наплавки.

Устройство поясняется следующими фигурами:

Фиг. 1 - шиберная задвижка в разрезе.

Фиг. 2 - вид соединения штока и шиберного диска.

Шиберная задвижка состоит из корпуса (1), выполненного из жаропрочного металла, с четко обозначенными входной и выходной зонами. Внутри корпуса расположены опорный конус (2), опорная плита (3), направляющие (4), шиберный диск (5), а также приводное устройство (6), включающее шток (7) и уплотнительный сальник с наконечником (8). Приводной механизм, расположенный внутри приводного устройства (6), может работать как с ручным, так и с гидравлическим приводом. Приводной механизм приводит в действие шток (7) - цилиндрический соединительный стержень, установленный в паз шиберного диска (5) для передачи возвратно-поступательного движения от приводного устройства (6) между положениями «открыто» и «закрыто». Для фиксации штока (7) и обеспечения герметичности применяется уплотнительный сальник с наконечником (8).

Шток (7) и внутренняя поверхность наконечника (8) сальника подвергаются наибольшему износу истиранию из-за подвижности штока при неподвижности сальника.

Основной новизной технического решения является нанесение износостойкого покрытия для высоких температур на шток (7) и наконечник (8) сальника. Также, такое решение подходит для элементов, расположенных в местах, где использование смазки невозможно. Покрытие должно быть выполнено из материала, обладающего высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью, что значительно снижает износ этих элементов в процессе эксплуатации. Материал должен обладать твердостью не менее 50 HRC и способностью выдерживать температуры до 800°C. Применение такого покрытия повышает долговечность устройства и увеличивает межремонтный интервал. Требование к твердости не менее 50 HRC обусловлено необходимостью обеспечения их высокой эксплуатационной надежности в условиях значительных механических, абразивных и коррозионных нагрузок. Шиберные задвижки функционируют в средах с высокими давлениями, абразивными частицами и агрессивными веществами, что предъявляет повышенные требования к износостойкости и прочности конструктивных элементов.

Обоснование требований к твердости:

- твердость 50 HRC обеспечивает повышенную сопротивляемость абразивному износу, возникающему при контакте шибера с направляющими в процессе эксплуатации;

- материалы с твердостью не ниже 50 HRC обладают высокой сопротивляемостью к пластической деформации и образованию трещин при циклических и ударных нагрузках;

- высокая твердость предотвращает изменение геометрических параметров деталей (например, зазоров и профилей уплотнительных поверхностей), что критично для обеспечения герметичности и функциональности задвижки.

Последствия снижения твердости:

- снижение твердости приводит к ускоренному износу рабочих поверхностей, увеличению зазоров и нарушению герметичности задвижки;

- при механических нагрузках возможно возникновение пластических деформаций, что нарушает функциональность задвижки и может привести к заклиниванию шибера;

- уменьшение твердости сокращает срок службы деталей, увеличивая частоту технического обслуживания и замены компонентов;

- износ и деформация уплотнительных поверхностей приводят к утечкам рабочей среды, что недопустимо в системах с высокими давлениями или опасными веществами.

Использование деталей с твердостью ниже 50 HRC приведет к тому, что задвижка станет менее надежной, будет чаще ломаться и требовать ремонта. В критических системах нефтегазовой промышленности это может вызвать серьезные аварии и финансовые потери. Поэтому твердость 50 HRC - это минимальный порог, который обеспечивает долговечность и безопасность работы шиберной задвижки.

Пример материалов, которые подходят для высокотемпературных условий и могут быть нанесены методами, аналогичными наплавке, такими как термическое напыление или лазерная обработка:

- Stellite 6, Stellite 21: кобальтосодержащие сплавы с высокой износостойкостью;

- Colmonoy 88, Colmonoy 6: никельсодержащие сплавы, устойчивые к износу;

- WC-Co, Cr3C2-NiCr: карбидные покрытия, наносимые методом термического напыления;

- Tribaloy T-400, T-700, Т-800: другие марки Tribaloy с аналогичными свойствами.

При этом выбор карбидных покрытий, таких как WC-Co, может обеспечить еще большую твердость, но их хрупкость требует осторожности при использовании в условиях термического цикла. Поэтому основным и оптимальным материалом покрытия был выбран Tribaloy T-800 (Трибалой Т-800), имеющий следующие характеристики:

- базовый материал - Co (кобальт); содержание Cr (хрома): 17,5%; Mo (молибдена): 28,5%; C (углерода): <0,08%; Si (кремния): 3,4% и другие: Ni (никель), Fe (железо);

- плотность: 8,5 г/см³;

- твердость HRC: 54-62;

- предел прочности на разрыв: 1105 МПа;

- предел текучести: 815 МПа;

- ударная вязкость: 181 Дж/см³;

- коэффициент теплового расширения: 12,9×10-6°C;

- теплопроводность: 17,3 Вт/(м×К).

Из-за своей твердости сплав Tribaloy T-800 износостойкий, высокоустойчив к абразивному износу и эрозии. Он также устойчив к точечной, щелевой, полной коррозии и к коррозионному растрескиванию под напряжением. Материал не требует термической обработки для развития своих механических свойств и обладает высокой свариваемостью.

Материал наносится методом наплавки, который включает основные этапы:

1. Подготовка поверхности:

- поверхность детали должна быть очищена от загрязнений, окислов и жира.

- механическая обработка (например, шлифовка) для обеспечения хорошей адгезии наплавляемого материала.

2. Выбор метода наплавки:

- газовая наплавка (газопламенная): используется ацетилен-кислородное пламя. Подходит для небольших деталей или ремонтных работ.

- дуговая наплавка: включает методы, такие как ручная дуговая наплавка (MMA), аргонодуговая (TIG) и плазменная наплавка.

- лазерная наплавка: Высокоточный метод, который позволяет минимизировать тепловое воздействие на основу.

- наплавка порошковой проволокой: используется специальная проволока с порошком Tribaloy T-800.

3. Наплавка:

- наплавочный материал (порошок, проволока или пруток) наносится на поверхность детали с использованием выбранного метода.

- важно контролировать температуру нагрева, чтобы избежать деформации или трещин.

- наплавка может выполняться в несколько слоев для достижения нужной толщины покрытия.

При осуществлении наплавки рекомендуемая толщина покрытия 0,5-2 мм (предпочтительно - 1,8 мм). В пределах указанной толщины покрытия обеспечивается: защита от износа, коррозионная стойкость, термостойкость.

Занижение толщины покрытия менее 0,5 мм влечет за собой снижение срока службы, риск коррозии.

Завышение толщины покрытия более 2 мм влечет за собой увеличение риска появления трещин, недостаточной адгезии и наличие дефектов.

4. Охлаждение:

- После наплавки деталь должна охлаждаться медленно, чтобы минимизировать внутренние напряжения и предотвратить растрескивание.

5. Механическая обработка:

- После наплавки может потребоваться шлифовка или обработка для достижения нужной геометрии и чистоты поверхности.

Принцип действия:

При активации приводного устройства шток передает возвратно-поступательное движение шиберному диску, который перемещается по направляющим, регулируя поток среды между положениями «открыто» и «закрыто». Износостойкое покрытие на штоке и наконечнике сальника уменьшает трение и износ при контакте этих элементов, обеспечивая надежную и стабильную работу устройства даже при интенсивном использовании.

Claims (5)

1. Шиберная задвижка с износостойким покрытием элементов трения привода, содержащая корпус с входной и выходной зонами, опорный конус, опорную плиту, направляющие, шиберный диск, приводное устройство со штоком и уплотнительный сальник с наконечником, отличающаяся тем, что шток и наконечник сальника имеют износостойкое покрытие, выполненное из материала, имеющего твердость по меньшей мере 50 HRC и устойчивого к температурам до 800°C.

2. Шиберная задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что износостойкое покрытие нанесено методом наплавки.

3. Шиберная задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что износостойкое покрытие выполнено из материала Tribaloy T-800.

4. Шиберная задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина износостойкого покрытия составляет 0,5-2 мм.

5. Шиберная задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина износостойкого покрытия составляет 1,8 мм.