Vlnovcové kování

Co je vlnovec a proč se používá v potrubních armaturách?

Měch, pružná vlnitá skořepina schopná se stahovat a roztahovat, je relativně nedávným technickým vynálezem.

Měch vytvořil na samém počátku 20. století americký meteorolog, vynálezce a podnikatel Weston Fulton. Zpočátku mělo zařízení v podobě stahovací a roztahovací bezešvé nádoby pojmout páru, která neustále měnila svůj objem. Při vymýšlení názvu se vynálezce obrátil k západní mytologii, konkrétně k duchu vzduchu jménem Sylfy. Název Sylphon byl následně použit jako ochranná známka společností Johnson Controls. A pak, jak se v technice stalo mnohokrát, se z vlastního jména stalo obecné podstatné jméno a začalo se psát s malým písmenem. Z angličtiny se slovo sylphon dostalo do ruštiny.

Měchy v technice

Vlastnost měchu udržovat pevnost a hustotu (a tedy těsnost) v procesu vícecyklových deformací ohybu, natahování, tlaku, jakož i jejich kombinací, pod vlivem mechanického a tepelného zatížení, včetně vnitřního popř. vnější tlak, je široce používán v technologii. Vlnovce se používají v teplárenství a energetice, rafinaci ropy, chemickém průmyslu a mnoha dalších průmyslových odvětvích. Vlnovcové jednotky obsahují pneumatické a hydraulické systémy velkého množství moderních strojů.

Již ve 30. letech 200. století byla v SSSR organizována výroba měchů. Nejprve hlavně v zájmu obranného průmyslu ─ výroba letadel a tanků. Jedním z prvních výrobců měchů byl závod Tula Cartridge Plant. Brzy však byly měchy zařazeny do výrobního programu mnoha civilních podniků, včetně továren ─ výrobců potrubních armatur a komponentů pro ně. Abychom byli spravedliví, je třeba poznamenat, že potrubní armatury, které mají dvojí účel, jsou široce používány nejen v civilních, ale také ve vojenských technologiích. Bezprostředně po skončení Velké vlastenecké války byla v závodě Znamya Truda zahájena výroba měchů pro vybavení ventilů určených pro tlaky do XNUMX MPa. A dnes je sestava měchu atributem významné části potrubních armatur.

Design vlnovce

– materiály

Měch je zpravidla kovový plášť a nejčastěji z nerezové oceli. Hlavním materiálem používaným pro výrobu vlnovců jsou nerezové oceli jakosti 10X17N13MZT, 10X17N13M2T, 12X18N10T, 08X18N10T.

Použití nerezových ocelí nám umožňuje vyrábět měchy, které mohou úspěšně fungovat i v těch nejnáročnějších podmínkách: v širokém teplotním rozsahu, téměř od „absolutní nuly“ do 1000 °C; v agresivním pracovním prostředí; při provozním tlaku od vakua do stovek MPa. Pouze 4–5 % je vyrobeno z neželezných kovů (mosaz, fosfor a berylový bronz) a titanu. Alespoň mezi měchy používanými v potrubních armaturách. Ale měch nemusí být nutně kovový. Vlnovce jsou vyrobeny z nekovových a kompozitních materiálů.

Obtížnost výroby měchů spočívá v potřebě současně zajistit jejich pevnost a pružnost, schopnost pracovat po dlouhou dobu bez zhroucení únavou.

Hlavní technologie výroby vlnovců jsou: mechanické vytlačování na trnu a hydraulické lisování z tenké trubky. Výhodou hydraulického tváření je rovnoměrné rozložení tvářecího tlaku po celé ploše měchu, což minimalizuje plastickou deformaci a koncentraci napětí. Výsledkem je delší životnost vlnovce.

– tvar měchu

Měch může mít různé tvary. U válcových vlnovců jsou vnitřní a vnější průměry konstantní, u kuželových se mění podle lineárního zákona a u tvarových vlnovců se mění libovolně. Měch, jehož průřez je obdélníkového tvaru, se nazývá pravoúhlý měch.

– zvlnění a prohlubně

Bod povrchu měchu nejblíže k podélné ose se nazývá dutina měchu a bod nejvzdálenější od ní se nazývá vrchol vlnovce. Zvlnění měchu je prvek umístěný mezi sousedními prohlubněmi. Strana měchu je jeho koncová část, určená pro připojení k dalším částem technického zařízení.

— jednovrstvé a vícevrstvé vlnovce

Vlnovce mohou být jednovrstvé, tj. sestávající z jedné vrstvy materiálu, a vícevrstvé, tj. vyrobené ze dvou nebo více vrstev. U měchů používaných v potrubních armaturách je počet vrstev zpravidla od 2 do 12 a počet zvlnění od 4 do 20.

– tenkostěnné a silnostěnné měchy

Dalším důvodem pro klasifikaci měchů je tloušťka stěny. Měch, u kterého je maximální poměr poloměru dutiny zvlnění k tloušťce stěny 15 nebo více, se nazývá tenkostěnný měch; pokud je jejich minimální poměr menší než 15 ─, je vlnovec silnostěnný.

Počet zvlnění a tloušťka vrstev měchu jsou do značné míry určeny tlakem, při kterém bude měch pracovat. Tloušťka stěny přímo ovlivňuje životnost vlnovce. Čím tenčí jsou stěny, tím déle bude vlnovec fungovat. Tenká stěna zajišťuje požadovanou pružnost vlnovce a požadovaný počet vrstev zajišťuje požadovanou tloušťku. Proto je vícevrstvý vlnovec s velkým počtem vrstev zárukou jak vysoké funkčnosti, tak i dlouhé životnosti.

— vyztužený vlnovec, bezešvý, membránový

Existuje několik provedení vlnovců:

• zesílené měchy ─ jejich vlnitá část je vyztužena výztužnými prvky;
• bezešvé měchy vyrobené z trubkových polotovarů;
• membránové měchy, sestávající z plochých nebo tvarovaných prstencových membrán vzájemně hermeticky spojených podél vnějšího a vnitřního obrysu.

U membránových měchů se symetrickým profilem jsou tvarované prstencové membrány umístěny symetricky na obou stranách. Dalším provedením je membránový vlnovec se skládacím zvlněním: v něm jsou uspořádány tvarované prstencové membrány ve formě lisovaných sáčků.

— konstrukční prvky

Důležitou vlastností vlnovcových tvarovek je jejich velká výška, někdy i několikanásobně větší než u bezvlnových tvarovek. Přesněji řečeno, výška je určena parametry požadovanými od měchu: tlak, teplota, cykličnost.

Při provozu měchů je žádoucí omezit jejich deformaci vzhledem k počáteční délce. V každém případě tak, aby to nepřesáhlo 25-30%. A pokud je potřeba zajistit dlouhou životnost měchu, tak to nebylo více než 10 %.

Speciální zařízení, které zabraňuje otáčení vřetena v přítomnosti externího závitového páru, pomáhá chránit měch před přetočením a souvisejícím poškozením. Umístění měchu uvnitř krytu pomáhá chránit jej před mechanickým poškozením. Při výpočtu měchových tvarovek s rotačním pohybem vřetena při zkroucení měchu je nutné vyloučit jakékoli abnormální pohyby (deformace) pláště, které by mohly vést k porušení celistvosti měchu.

Vlastnosti měchů

Hlavními funkčními parametry měchu jsou tuhost a účinná plocha. Tuhost měchu je množství zatížení, které na něj musí být aplikováno, aby došlo k jedinému pohybu konce. A efektivní plocha je hodnota, která ukazuje, jak moc je měch schopen přeměnit tlak na sílu. Pokud použijeme jazyk matematiky, pak Ref = q/P, kde q ─ zatížení (síla) v N, P ─ přetlak v MPa.

V závislosti na aktuálním zatížení se rozlišuje tuhost vlnovce:

Aplikace vlnovců v potrubních armaturách

V technice se měchy používají ke čtyřem hlavním účelům: měřicí měchy, oddělovací měchy, kompenzační měchy, silové měchy.

Měřicí vícevrstvé vlnovce, ve kterých se tlak přeměňuje na mechanickou sílu, se používají jako snímací prvek v různých měřicích, regulačních a monitorovacích zařízeních. Oddělovací vlnovec zajišťuje oddělení médií. Dilatační vlnovec je hlavním prvkem různých dilatačních spár. Výkonový měch se používá jako silový prvek.

V potrubních armaturách slouží vlnovec jako těsnící, citlivý nebo silový prvek. A ve všech těchto případech mají takové potrubní tvarovky právo být nazývány vlnovcovými tvarovkami. V souladu s GOST 24856-2014. Potrubní armatury. Termíny a definice” vlnovcové armatury ─ jsou “tvarovky, ve kterých se vlnovec používá k utěsnění vřetene vzhledem k okolnímu prostředí, jakož i jako snímací prvek nebo silový prvek.” Vlnovcové tvarovky jsou jakousi podskupinou bezucpávkových tvarovek, jejichž jednotícím znakem je, že k utěsnění vřetena nebo vřetene vůči okolí nepoužívá ucpávkové těsnění. Spolu s vlnovcem jsou příkladem bezucpávkových armatur membránové armatury.

Dnes mají vlnovce důležité místo v potrubních armaturách. Není snadné posoudit jakou přesně, ale na základě odhadů obchodníků lze říci, že vlnovcové tvarovky zaujímají v celkovém objemu potrubních tvarovek několik desítek procent trhu. Vlnovcová těsnění se používají v mnoha typech (vlnovcové uzavírací ventily, regulační ventily, pojistné ventily) a typech potrubních armatur ─ armatury, šoupátka, kohouty.

Vlnovce se zvláště často používají v takových typech potrubních armatur, jako jsou pojistné ventily, uzavírací ventily, ventily a zpětné ventily. Například vlnovcový pojistný ventil je pojistný ventil, ve kterém se vlnovec používá k utěsnění vřetene vůči okolí, jakož i jako snímací nebo silový prvek.

Konkrétními příklady vlnovcových armatur jsou: přírubový vlnovcový ventil s elektrickým pohonem, NC vlnovcový regulační ventil s MIM; přímý vlnovcový uzavírací ventil, bezucpávkový úhlový vlnovcový uzavírací ventil atd.

Přídavné jméno „vlnovce“ se používá pro některé pneumatické pohony, které se podle provedení dělí na membránové, lopatkové, pístové, proudové a vlnovcové.

Měch ─ těsnící prvek

Vlnovcové těsnění je těsnění mezi pohyblivými částmi nebo komponentami ventilu vzhledem k okolí, ve kterém se jako těsnící prvek používá vlnovec.

Často jsou ztráty pracovního média procházejícího potrubním systémem zásadně nepřijatelné. K tomu dochází buď v případě, že jeho únik mimo systém do životního prostředí může vést k nepříznivým environmentálním důsledkům nebo je zatížen nebezpečím pro personál (radioaktivní, toxická média), nebo když je pracovní prostředí příliš drahé na to, aby tolerovalo jeho ztráty. Ventily s vlnovcovým těsněním jsou jedním z nejúčinnějších řešení pro zajištění zvýšené těsnosti potrubních armatur, protože vlnovec vytváří nepřekonatelnou bariéru mezi dvěma prostředími – pracovním a okolním.

Vlnovcová stěna plní roli těsnícího prvku, takže zde nejsou žádné pohyblivé spoje s mezerami, a proto je vyloučena možnost úniku pracovního média mimo potrubní systém.

Aby nedocházelo ke ztrátám pracovního média, které jsou nevyhnutelné v případě destrukce měchu, používá se redundantní záložní těsnění ve formě olejového těsnění, tzv. záložní olejové těsnění instalované navíc k vlnovcovému těsnění pohyblivých částí ventilu.

Měchy jako citlivý prvek

Citlivým prvkem u automaticky řízeného potrubního ventilu je jeho uzel spojený s pohyblivou částí ventilu. Jeho funkcí je vnímat změny parametrů pracovního prostředí, převádět je na odpovídající síly, zajišťující pohyb regulačního nebo blokovacího prvku. Kromě měchu může roli citlivého prvku plnit cívka, membrána nebo píst.

Měchy jsou velmi široce používány jako citlivé prvky v různých oblastech techniky. Například při výrobě přístrojů, kde se používají ve snímačích dráhy, tlakoměrech a záznamových zařízeních. Role měchů je velmi důležitá v různých automatizovaných řídicích systémech, kde se projevují jejich přednosti jako vysoká citlivost a schopnost provádět výrazné axiální pohyby pod vlivem zatížení.

Důležitým aspektem ovlivňujícím širší použití vlnovcových tvarovek je zvýšení jejich udržovatelnosti a schopnosti provádět opravy bez jejich demontáže z potrubí.

Konstrukce vlnovcových těsnění pro potrubní armatury je velmi konzervativní a dlouhodobě neprošla žádnými převratnými změnami. To nijak neeliminuje nutnost jeho modernizace.

Jedním z možných směrů takové modernizace je výměna obvyklého vícevrstvého bezešvého vlnovce za svařovaný deskový. Výhody, o kterých odborníci ve vztahu k takovému zařízení hovoří, jsou prodloužení životnosti armatur zvýšením cyklické pevnosti měchové sestavy.

Mezi všemi konstrukcemi těsnění tyče (vřetena) nebylo dosud vynalezeno takové, které je spolehlivější než měchové těsnění. Neustálé zpřísňování ekologických norem a zapojování velkého množství toxických kapalin a plynů do technologických procesů způsobuje rostoucí zájem o vlnovcové tvarovky ve stále větším počtu technologií.

Příslušenství potrubí

• Příslušenství potrubí. Klasifikace ─ typy, typy, odrůdy
• Potrubní armatury jako univerzální způsob řešení široké škály problémů
• Západky
• Uzavírací ventily
• Distribuční a směšovací armatury
• Hadicové ventily
• Regulační ventily
• Reverzní montáž
• Bezpečnostní kování
• Separační (fázově oddělující) armatury
• Regulační ventily
• Ventily
• Pojistné ventily
• Uzavírací ventily
• Pohony potrubních ventilů
• Typy armatur pro připojení k potrubí
• Přírubové a přírubové spoje v potrubních armaturách
• Svařovací armatury
• Klapkové ventily
• Pneumatický pohon pro potrubní armatury
• Elektricky poháněné potrubní armatury
• Šoupátka
• Elektromagnetický pohon pro potrubní armatury
• Klínové ventily
• Paralelní šoupátka
• Ventily v potrubních armaturách
• kulový ventil
• Potrubní armatury: názvy, označení, kódování
• Materiály pro výrobu potrubních armatur
• Ocelová výztuž
• Litinové armatury
• Hliníkové kování
• Těsnící materiály pro tvarovky potrubí
• Vlnovcové kování
• Typy uzavíracích ventilů
• Typy potrubních armatur
• Ucpávkové armatury
• Těsnění žlázy
• Těsnění v potrubních armaturách
• Materiály pro výrobu těsnění
• Smaltované kování
• Membránové armatury