Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Регулирующие клапаны являются ключевыми исполнительными устройствами автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Точность позиционирования затвора, герметичность и ресурс клапана во многом определяются состоянием направляющих элементов -- втулок скольжения штока и плунжера, упорных подшипников привода и шарнирных соединений рычажных механизмов. В данном материале рассмотрены конструктивные решения направляющих и подшипниковых узлов регулирующих клапанов Fisher (Emerson) серий ED/ES/EZ, Baumann и GX, Samson Type 3241/3271, а также Flowserve Valtek и Metso Neles.
В отличие от вращающегося оборудования, где применяются классические подшипники качения, в регулирующих клапанах с линейным ходом штока (globe valves) основными направляющими элементами являются втулки скольжения. Они обеспечивают соосность плунжера и седла, воспринимают боковые нагрузки от давления рабочей среды и предотвращают вибрацию штока.
Требования к направляющим элементам регулирующих клапанов определяются стандартами IEC 60534 (промышленные клапаны для управления процессами), ANSI/FCI 70-2 (классы герметичности), а также API 600/602 (материалы трим-комплектов).
Вернуться к содержанию
Направляющая втулка (guide bushing) -- это цилиндрическая деталь с прецизионной внутренней поверхностью, в которой перемещается шток или плунжер клапана. В клапанах с верхним и нижним направлением плунжера (top-and-bottom guided) втулки устанавливаются в двух точках, обеспечивая максимальную устойчивость к боковым нагрузкам.
Согласно таблице трим-комплектов API 600/602, стандартные конфигурации (Trim No. 1, 5, 8, 12) определяют материал направляющей втулки (backseat bushing) в зависимости от коррозионной активности среды. Для тримов 5 и 8 поверхности уплотнения выполняются с наплавкой CoCr-A (Stellite 6) с минимальной твёрдостью 350 HBW.
Клапаны Fisher EZ представляют собой проходные регулирующие клапаны с линейным ходом штока, предназначенные для общепромышленного применения. Конструктивная особенность серии EZ -- направление плунжера через узел seat ring retainer и bushing assembly (ключевые детали 3 и 26 по каталогу Emerson). Рабочая среда протекает через трим, омывая направляющую втулку сверху и снизу, что предотвращает отложение твёрдых частиц и снижает вероятность заклинивания плунжера.
Для высокотемпературных условий в клапанах EZ применяется специальный сваренный узел seat ring retainer-guide bushing assembly, обеспечивающий стабильность зазоров при тепловом расширении.
Серия Fisher ED (а также EAD и EDR) предназначена для высокого давления и тяжёлых условий эксплуатации. Конструкция включает сбалансированный плунжер (balanced plug design) с металлическим уплотнением и классом герметичности до IV по ANSI/FCI 70-2 (до Class V с C-seal тримом). Направляющая втулка (guide bushing, key 207/208) интегрирована в систему HIGH-SEAL или ENVIRO-SEAL пакинга и выполняет двойную функцию: центрирование штока и направление сальниковых колец.
В клапанах Fisher ED с сильфонным уплотнением (ENVIRO-SEAL bellows seal bonnet) направляющая втулка изготавливается из сплава N10276 (Hastelloy C-276) с PTFE/стекловолокно или PTFE/углеродным вкладышем. Сильфон выполнен из Inconel 625 (N06625) в двухслойном исполнении (2-ply bellows), что обеспечивает высокую циклическую прочность и коррозионную стойкость. Сильфонное уплотнение обеспечивает полную герметичность штока (нулевые фугитивные выбросы) и применяется в наиболее ответственных приложениях с летучими и токсичными средами.
Клапаны Samson Type 3241 построены по модульному принципу, что позволяет комплектовать их пневматическими приводами Type 3271 или Type 3277, электрическими и гидравлическими приводами. Конструкция оптимизирована для минимального количества деталей: для полной ревизии клапана требуется замена только четырёх компонентов -- седло, плунжер, прокладка корпуса и сальниковая набивка.
В клапане Samson 3241 плунжер направляется непосредственно в расточке крышки (бонета), которая изготавливается из того же материала, что и корпус -- для обеспечения одинаковых коэффициентов теплового расширения. Размерный ряд клапана от NPS 1/2 до NPS 12 (DN 15-300) в классах давления ANSI 125-300. Для размеров до NPS 4 плунжеры малых расходных характеристик (seat bore до 38 мм) изготавливаются целиком из твёрдого сплава Stellite. Для более крупных размеров применяется наплавка Stellite на рабочие поверхности седла и плунжера.
Стандартное сальниковое уплотнение Samson 3241 -- самоподжимные PTFE V-образные кольца, соответствующие требованиям TA-Luft (немецкий стандарт технических инструкций по защите воздуха) и EPA Low Emissions. Пружинный поджим обеспечивает автоматическую компенсацию износа, что существенно увеличивает интервал обслуживания. Для тяжёлых условий доступен сальник из PTFE-углеродного композита с пружинным поджимом.
Пневматический мембранный привод Type 3271 -- это многопружинный привод прямого или обратного действия. Шток привода соединяется со штоком клапана через коннектор с зажимными полумуфтами (stem connector clamps). В отличие от приводов Fisher 667, привод Samson 3271 не содержит отдельных упорных подшипников в ярме -- осевые нагрузки от пружин воспринимаются непосредственно мембранной тарелкой и пружинным стаканом. Привод, совместно с позиционером, может быть повёрнут на 360 градусов относительно клапана.
Пневматические мембранные приводы Fisher серий 657 (прямого действия) и 667 (обратного действия) содержат несколько подшипниковых узлов, обеспечивающих передачу усилия от мембраны к штоку клапана.
Упорный подшипник устанавливается на штоке привода между пружинным стаканом (spring seat) и регулировочным винтом (spring adjuster). Его функция -- восприятие осевой нагрузки от пружины при минимальном трении вращения, что критически важно для точности позиционирования. Согласно инструкции Emerson, при сборке подшипник должен быть смазан антизадирной смазкой (anti-seize lubricant, key 239). На приводах размеров 80 и 100 обойма упорного подшипника с большим внутренним диаметром должна быть обращена к пружинному стакану.
В приводах Fisher 667 размеров 30-76 и 87 с боковым ручным дублёром (side-mounted handwheel) червячная передача опирается на два игольчатых подшипника, установленных по обе стороны червячного колеса (worm gear, key 44). При обслуживании подшипники набиваются смазкой, а резьба червячного колеса покрывается антизадирным составом. Подшипники фиксируются в ярме (yoke) фланцем крепления подшипника (bearing retainer flange, key 45) с двумя стопорными винтами.
На приводах размеров 80 и 100 шток направляется разъёмной втулкой ярма (split yoke bushing, key 249), состоящей из двух половин и фиксируемой фланцем (yoke bushing retainer, key 251). Эта втулка обеспечивает центрирование штока привода относительно ярма и предотвращает его отклонение при перемещении под нагрузкой.
Ярмо (yoke): чугун или сталь (Grade LCC для криогенных применений до -50 C). Мембрана: нитрил (NBR) стандартно, силикон для холодных условий. Шток привода: нержавеющая сталь. Соединитель штоков (stem connector, key 31): разъёмный блок из нержавеющей стали. Смазка: литиевая для основных узлов, силиконовая для криогенных условий.
Сальниковая набивка регулирующего клапана выполняет не только герметизирующую, но и направляющую функцию для штока. Правильно подобранная набивка обеспечивает центрирование штока и снижает боковые вибрации, одновременно минимизируя трение для сохранения точности регулирования.
В клапанах Fisher серии ED система ENVIRO-SEAL включает направляющую втулку (guide bushing, key 207), набивочные кольца (packing rings), нагрузочную пружину (load spring pack, key 205) и индикаторную шкалу износа. Пружинный поджим автоматически компенсирует износ набивки, поддерживая стабильное контактное давление на шток.
Качество поверхности штока (surface finish) является критическим фактором для работы сальниковой набивки. Согласно документации Emerson, повреждения поверхности штока (задиры, царапины, коррозия) приводят к ускоренному износу набивки и утечке.
Регулирующие клапаны Flowserve Valtek серий Mark One и MaxFlo отличаются модульной конструкцией трима. В серии Mark One плунжер направляется через прецизионную клетку (cage), которая одновременно формирует расходную характеристику и обеспечивает центрирование. Клетка изготавливается из нержавеющей стали 316 или 17-4PH с различными вариантами перфорации для линейной, равнопроцентной или шумоподавляющей характеристики.
Клапаны Metso Neles (ранее Neles-Jamesbury) серий ND9000 и NDX используют систему направления плунжера через прецизионную расточку в крышке с минимальными зазорами. Для поворотных клапанов Neles серий Q и R (сегментные и V-port) применяются шарнирные подшипники в узлах крепления вала затвора к корпусу. Эти подшипники воспринимают радиальные и осевые нагрузки от давления среды и крутящего момента привода.
Выбор материала направляющих элементов неотделим от выбора всего трим-комплекта. Стандарты API 600 и API 602 определяют номерную систему тримов (Trim Numbers), каждый из которых задаёт конкретную комбинацию материалов для штока, седельных поверхностей и направляющей втулки (backseat bushing).
При температурах свыше 315 C рекомендуется применение наплавки Stellite или высокохромистых сплавов на рабочих поверхностях. Для сред с хлоридами и кислотами используются тримы на основе никелевых сплавов (Monel, Alloy 20, Inconel 625, Hastelloy C-276).
Для службы в среде перегретого пара при 450 C и давлении PN40 применяется: трим с графитовыми поршневыми кольцами (множественные кольца для класса герметичности IV), направляющая втулка из стали 410 SS с наплавкой CoCr-A, сваренный узел seat ring retainer-guide bushing для высокотемпературной стабильности. Сальниковая набивка -- графитовая лента (ENVIRO-SEAL). Для криогенных условий (до -196 C) используется удлинённый бонет и PTFE набивка.
Современные интеллектуальные позиционеры (Fisher FIELDVUE DVC6200, Samson 3730) позволяют выполнять диагностику направляющих элементов без демонтажа клапана. Сигнатурный тест (valve signature test) строит график зависимости давления привода от хода штока, по которому можно выявить увеличенное трение в направляющих и сальнике, заедание плунжера и износ пружины привода.
При замене направляющих втулок и трим-деталей необходимо соблюдать несколько ключевых требований. Согласно инструкциям Emerson для клапанов Fisher, запрещается повторно использовать старый шток с новым плунжером, поскольку сверление нового штифтового отверстия ослабляет шток и может привести к разрушению в эксплуатации. При этом использованный плунжер может быть применён с новым штоком.
Все уплотнительные прокладки (gaskets) при разборке подлежат замене. Поверхности седла и плунжера проверяются на отсутствие задиров, царапин и питтинга. Седельные поверхности должны быть очищены от остатков графита.
Зазор между штоком и направляющей втулкой определяется документацией производителя для каждого типоразмера. Типичные значения радиального зазора для клапанов среднего размера (NPS 2-6) составляют 0,025-0,075 мм. Увеличение зазора свыше допустимого приводит к вибрации штока, ускоренному износу сальника и нарушению расходной характеристики.
Упорные подшипники приводов Fisher 657/667 смазываются антизадирной смазкой при каждой сборке. Игольчатые подшипники червячной передачи ручного дублёра набиваются смазкой, резьба червячного колеса покрывается антизадирным составом. Для криогенных условий (до -50 C) применяется силиконовая смазка вместо литиевой.
В клапанах Fisher с линейным ходом штока (серии ED, ES, EZ) основными направляющими элементами являются втулки скольжения (guide bushings) из закалённой нержавеющей стали 410, 316 или сплава Stellite 6 (CoCr-A). В пневмоприводах Fisher 657/667 используются упорные подшипники штока (thrust bearings) для восприятия осевой нагрузки пружины, а также игольчатые подшипники (needle bearings) в червячной передаче бокового ручного дублёра (handwheel).
В стандартном исполнении -- из мартенситной нержавеющей стали 410 SS (13Cr). Для коррозионных сред -- из аустенитной стали 316 SS (18Cr-8Ni-Mo). Для абразивных и высокотемпературных условий -- с наплавкой CoCr-A (Stellite 6) твёрдостью не менее 350 HBW. В клапанах с сильфонным уплотнением ENVIRO-SEAL втулка изготавливается из сплава N10276 (Hastelloy C-276) с PTFE/стекловолокно или PTFE/углеродным вкладышем.
PTFE V-ring набивка работает в диапазоне от -46 до +232 C, обеспечивает минимальное трение и подходит для общепромышленных применений с требованиями по низким утечкам (EPA, TA-Luft). Графитовая набивка (кольца или лента) работает в диапазоне от -198 до +593 C и применяется для высокотемпературных условий -- перегретый пар, термомасло. Графитовая набивка создаёт более высокое трение, что влияет на точность позиционирования и требует более мощного привода или использования позиционера.
Благодаря модульной конструкции для полной ревизии клапана Samson Type 3241 требуется замена только четырёх компонентов: седло, плунжер, прокладка корпуса и сальниковая набивка. Взаимозаменяемость деталей между различными типоразмерами дополнительно упрощает управление запасами. Стандартный сальник -- самоподжимные PTFE V-образные кольца, не требующие регулярной подтяжки.
Современные интеллектуальные позиционеры (Fisher FIELDVUE, Samson 3730) позволяют выполнять сигнатурный тест (valve signature test) -- построение графика зависимости давления привода от хода штока. Увеличение ширины петли гистерезиса указывает на возросшее трение в направляющих или сальнике. Нелинейные искажения на определённых участках хода свидетельствуют о локальном задире или засорении. Также информативен анализ вибрации штока переносными виброанализаторами.
Согласно инструкциям Emerson для клапанов Fisher, шток и плунжер соединяются через резьбу и фиксируются штифтом. При установке нового плунжера потребуется сверление нового штифтового отверстия в штоке, что ослабляет его сечение и может привести к разрушению в процессе эксплуатации. Допускается обратная комбинация -- использованный плунжер с новым штоком, если рабочие поверхности плунжера не повреждены.
Основные стандарты: API 600 (стальные задвижки для нефтепереработки и сопутствующих отраслей) и API 602 (кованые задвижки, клапаны) -- определяют номерную систему тримов с конкретными комбинациями материалов. IEC 60534 (промышленные клапаны для управления процессами) -- определяет общие требования к конструкции и испытаниям. ANSI/FCI 70-2 -- классы герметичности затвора (I-VI). ASME B16.34 -- требования к материалам корпусных деталей и трима в зависимости от давления и температуры.
Задиры (galling) -- это вид адгезионного износа, при котором происходит схватывание и перенос металла между контактирующими поверхностями штока и направляющей втулки. Наиболее подвержены задирам пары из одинаковых аустенитных нержавеющих сталей (316/316). Для предотвращения необходимо обеспечить разницу твёрдости между штоком и втулкой не менее 5-10 HRC, применять наплавку Stellite на одну или обе поверхности (API Trim 5, 8, 12, 16), использовать различные материалы в паре трения (например, 410 SS шток + 316 SS втулка).
У клапанов Samson запатентованная многослойная технология сильфона гарантирует минимум 100 000 полных циклов хода. Сильфоны Fisher ENVIRO-SEAL изготавливаются из Inconel 625 (N06625) в двухслойном (2-ply) исполнении и обеспечивают высокую циклическую прочность; конкретный ресурс зависит от размера клапана, амплитуды хода, давления и температуры -- для точных данных следует обращаться к документации Emerson (Product Bulletin 59.1:070). Фактический ресурс сильфона зависит также от наличия коррозионных компонентов в среде и режима нагружения.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Автор и издатель не несут ответственности за возможные последствия использования представленной информации при проектировании, эксплуатации, ремонте или техническом обслуживании регулирующей арматуры и средств автоматизации. Все технические решения должны приниматься квалифицированными специалистами с учётом конкретных условий эксплуатации, действующей нормативной документации и рекомендаций производителей оборудования. Перед применением любых рекомендаций необходимо обратиться к актуальной документации производителя.
1. IEC 60534. Industrial-process control valves.
2. ANSI/FCI 70-2. Control Valve Seat Leakage.
3. API 600. Steel Gate Valves -- Flanged, Threaded, Welding End, and Special End.
4. API 602. Gate, Globe, and Check Valves for Sizes DN 100 (NPS 4) and Smaller.
5. ASME B16.34. Valves -- Flanged, Threaded, and Welding End.
6. Emerson (Fisher). Product Bulletin D100017X012: Fisher ED, EAD and EDR Sliding-Stem Control Valves (January 2025).
7. Emerson (Fisher). Product Bulletin: Fisher EZ Sliding-Stem Control Valve.
8. Emerson (Fisher). Instruction Manual D100307X012: Fisher 667 Diaphragm Actuator Sizes 30/30i-76/76i and 87.
9. Emerson (Fisher). Instruction Manual D100311X012: Fisher 667 Diaphragm Actuators Size 80 and 100.
10. Emerson (Fisher). Product Bulletin D100087X012: Fisher 657 and 667 Diaphragm Actuators.
11. Emerson (Fisher). Instruction Manual: Fisher EZ easy-e Control Valve.
12. Emerson (Fisher). Instruction Manual: Fisher EZ-C, ET-C, and EWT-C Cryogenic Sliding-Stem Control Valves.
13. SAMSON AG. Data Sheet T 8012: Type 3241 Globe Valve (ANSI version).
14. SAMSON AG. Mounting and Operating Instructions EB 8012 EN: Type 3241 Valve.
15. SAMSON AG. Product Brochure NA0105: Globe Control Valve Type 3241.
16. Skousen, P.L. Valve Handbook. 3rd ed. McGraw-Hill, 2011.
17. Emerson (Fisher). Control Valve Handbook. 5th ed. 2019.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.