1. РЕДУКТОРЫ И РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ

Назначение и классификация редукторов. Редукторы при газо­пламенной обработке материалов предназначены для понижения давления газа, отбираемого из баллона или газопровода, и для под­держания постоянства расхода и давления газа в пределах, тре­буемых данным технологическим процессом.

В зависимости от конструкции и назначения редукторы можно классифицировать по следующим признакам:

1) по пропускной способности и рабочему давлению — баллон­ные, постовые (сетевые) и центральные (рамповые);

2) по принципу действия — прямого и обратного действия;

3) по числу камер (ступеней) редуцирования — однокамерные (одноступенчатые) и двухкамерные (двухступенчатые);

4) по конструкции — безрычажные и рычажные, пружинные и беспружинные;

5) по виду редуцируемого газа — кислородные, ацетиленовые, воздушные, пропановые, водородные и др.;

6) по давлению газа перед редуктором — высокого давления. [16,5—40 МПа (165—400 кгс/см2)] и среднего давления [1,5—4 МПа (15—40 кгс/см2)].

В технике применяют также редукторы специализированного назначения, отвечающие заданным условиям работы той машины или прибора, в комплект которого они входят.

ГОСТ 6268—68 «Редукторы для газопламенной обработки» пре­дусматривает выпуск 18 типоразмеров редукторов на различные давления и пропускную способность для газопламенной обработки материалов.

Принцип действия редуктора. На рис. 15 показаны принципиаль­ные схемы редукторов прямого и обратного действия. Для пониже­ния давления газа используется процесс дросселирования сжатого газа с помощью редуцирующего клапана.

Для поддержания давления газа после клапана постоянным служит гибкая мембрана, которая с одной стороны находится под давлением газа после редуцирующего клапана (рабочим давлением), а с другой — под действием усилия главной регулирующей пру­жины или установочного давления (в редукторах с беспружинной регулировкой рабочего давления).

При изменении давления газа в рабочей камере редуктора мемб­рана деформируется в соответствующую сторону, увеличивая или уменьшая площадь проходного сечения редуцирующего клапана,

Рис. 15. Устройство и схема работы однокамерного редуктора:

1 — мембрана; 2 — передаточный диск со штифтами; 3 — штуцер впуска газа; 4 — мано­метр высокого давления; 5 — вспомогательная пружина; 6 — камера высокого давления; 7 — редтаирующий клапан; 8 — предохранительный клапан; 9 — манометр низкого (рабочего) давления; 10 — камера низкого давления; 11 — главная нажимная пружина;.

12 — регулирующий винт

что, в свою очередь, приводит к уменьшению или увеличению сте­пени дросселирования давления газа. При уменьшении проходного сечения клапана расход газа уменьшается, а степень дросселирова­ния возрастает, при увеличении сечения — наоборот.

В редукторе прямого действия давление газа до редуцирования действует под клапан, стремясь его открыть (рис. 15, б), а в редук­торе обратного действия — на клапан, стремясь его закрыть (рис. 15, а). Наибольшее применение получили редукторы обрат­ного действия, так как они более компактны, проще по конструкции, имеют меньшее количество деталей и надежнее в работе. Это объяс­няется тем, что в редукторах обратного действия упрощается связь редуцирующего клапана с мембраной,

Рабочие характеристики редуктора - Рабочее давление и пропуск­ную способность выбирают в соответствии с требованиями техно­логического процесса Пропускная способность определяется не только площадью открытия сечения редуцирующего клапана, но и площадью сечения сопла для выхода газа из редуктора. При од­ном и том же рабочем давлении пропускная способность возрастает с увеличением диаметра расходного сопла (рис. 16).

Чувствительность регулировки характеризуется изменением ве­личины рабочего давления при повороте регулирующего винта глав­ной пружины на 1ІІ оборота и зависит от отношения рабочей площади

I

мУч

О Ч 8 12 am РабочеедаВление

/6

Рис. 16. Зависимость расхо­да газа от величины рабоче­го давления и диаметра расходного сопла. Диаметры сопла:

/ — 1 мм; 2 — 1,4 мм; 3 —
1,8 мм; 4—2 мм; 5 — 2,8 мм;
(5 — 4 мм

мембраны к площади сечения редуцирующего клапана, от шага резьбы регулирующего винта и от жесткости главной пружины.

Для постовых редукторов чувствительность регулировки обычно равна 0,05—0,15 МПа (0,5—1,5 кгс/см2) на х/4 оборота винта.

Предел редуцирования — это величина (рис. 17) минимального давления р! min перед редуктором, при которой рабочее давление начинает быстро падать:

Pimtn — (2 - і - 2,5) рг,

где р2 — рабочее давление редуктора при нормальном расходе газа, МПа или кгс/см2.

Предел редуцирования соответствует наступлению критического отношения давлений p3lpimin = 0,528,

/ — штуцер входа
газа; 2 — мембрана;

З — главная пружи-
на; 4 — толкатель;

5 — ниппель выхода
газа; б — редуцирую-
щий клапан

/ — штуцер входа газа; 2 — мембрана; 3 — глав­ная пружина; 4 — рычаг; 5 — предохранительный клапан; 6 — редуцирую­щий клапан 2-й ступени; 7 — редуцирующий кла­пан 1-й ступени

Перепад давления Др2 показывает относительную величину повышения рабочего давления pj редуктора при прекращении рас­хода газа через него:

Д р-г =^100%.

Величина перепада характеризует качество конструкции и изго­товления редуктора.

На рис. 18 показана конструкция однокамерного кислородного редуктора ДКП-1-65, а на рис. 19 конструкция двухкамерного кислородного редуктора ДКД-8-65. В двухкамерных редукторах

Рис. 20. Рамповый редуктор ДКР-250/500 с пневматическим заданием величины рабочего давления: 1 — штуцер входа газа; 2 — вспомогательный (установочный) редуктор; 3 — манометр высокого давления; 4 — редуцирующий клапан; 5 — манометр низкого (рабочего) давле­ния; 6 — штуцер выхода газа; 7 — рабочая камера; S — мембрана; 9 — канал; 10 - дюза

газ последовательно редуцируется в двух камерах — в первой с на - чального до промежуточного давления 4—5 МПа (40—50 кгс/см2), во второй — с промежуточного до рабочего давления. Во второй сту­пени двухкамерного редуктора на колебания рабочего давления влияет только величина изменения давления после первой камеры редуцирования. Поэтому в этих редукторах обеспечивается высокое постоянство рабочего давления после редуктора.

Конструкция рампового редуктора с установочным давлением для регулирования величины рабочего давления показана на рис. 20. Степень открытия клапана 4 определяется перемещением мембраны 8, на которую снизу действует давление кислорода, по­ступающего в пространство под мембраной по каналу 9 от вспомо­гательного (установочного) редуктора 2 Избыточный газ из-под мембраны сбрасывается в рабочую камеру 7 через дюзу 10.

Основы безопасной эксплуатации редукторов. Чтобы исключить возможность применения редуктора из-под кислорода для работы с горючим газом и наоборот, присоединительные элементы редукто­ров изготовляют различными. Так, кислородные, воздушные и ар - гонные редукторы имеют на присоединительном штуцере накидную гайку с резьбой правой, трубной, диаметром s/4дюйма; водородные и пропановые редукторы снабжены накидной гайкой с левой труб­ной резьбой диаметром 1/2 дюйма. На ацетиленовые редукторы вместо накидной гайки установлен специальный присоединитель-

Рис. 21. Схема расположения каналов для подвода кислорода к клапану редуктора:

а — прямой канал; б — канал с теплопоглотителем и вводом кислорода в камеру над клапаном; 1 — канал; 2 — клапан; 3 — камера над клапаном; 4 — тепло-

поглотитель

ный хомут для крепления редуктора к вентилю ацетиленового бал­лона. Редукторы окрашивают в условные цвета: кислородные — в голубой, водородные и пропановые — в красный, ацетиленовые — в белый.

Выгорание клапана кислородных редукторов. На рис. 21 пока­заны два случая выполнения каналов для подвода сжатого кисло­рода к клапану редуктора. При резком открывании вентиля баллона кислород, находящийся в канале 1, подвергается ударному адиаба­тическому сжатию и его температура мгновенно повышается до 980—1000° С в месте контакта с уплотнением клапана 2 Если уплот­нитель недостаточно теплостоек или имеет поверхностные дефекты (волокна, вмятины, посторонние включения и пр.), то возможно его воспламенение в среде сжатого кислорода. Это приводит к выгора­нию клапана, а также может вызвать выгорание пружины, мемб­раны и других частей редуктора, что представляет опасность для окружающего персонала.

Учитывая это, в современных редукторах применяют схему Подвода газа к клапану по рис. 21, б. При этом клапан расположен так, что струя кислорода попадает сначала в камеру над клапаном,

где может расшириться; до клапана установлен теплопоглотитель в виде сетки или дюзы с отверстиями.

Замерзание редукторов. При дросселировании газа в редукторе происходит его охлаждение вследствие проявления эффекта Джоуля—Томсона. Если в газе содержатся пары воды, то они могут конденсироваться и замерзать в каналах клапана, забивая его кристаллами льда. Опасность замерзания'" редуктора тем больше, чем выше влажность и начальное давление газа, больше расход газа через редуктор и чем ниже температура окружающей среды.

Для уменьшения возможности замерзания редуктора применяют двухступенчатое дросселирование или предварительную осушку, или подогрев газа перед редуктором. Отогревать замерзший редук­тор допускается только горячей водой или паром. Применение для этого открытого пламени запрещается.

Рис. 22.

Негерметичностъ клапана редуктора. В этом случае редуктор пропускает газ при полностью освобожденной нажимной пружине. Причиной негерметичности может являться повреждение седла или уплотнения клапана, попадание под клапан посторонних частиц и пр. Негерметичностъ может вызвать недопустимое повышение давления в рабочей камере редуктора и разрыв мембраны. При обнаружении негерметичности редуктора он должен быть сдан в ремонт.

Регуляторы давления. Для поддержания давления на заданном уровне применяют регуляторы, работающие на малых перепадах давлений. По принципу действия они аналогичны редукторам. Их используют в ацетиленовых установках среднего давления для под­держания постоянного давления ацетилена, поступающего в сеть, при переменном его давлении в генераторе. Регуляторы применяют также в системах равного давления для обеспечения равенства

давлений кислорода и ацетилена перед поступлением их в го­релку.

На рис. 22 представлена конструкция регулятора давления аце­тилена с обратной пружиной. Клапан 1 прижимается к седлу 2 обратной пружиной 3 с постоянным усилием, не зависящим от дав­ления в рабочей камере. Стержень 4 ввернут в тело клапана и пред­ставляет собой отдельную деталь, не скрепленную с нажимным бол­том 5, отходящим от стержня клапана при подъеме мембраны. Вели­чину открытия клапана устанавливают болтом 6, сжимающим глав­ную пружину 7. При изменении давления газа после клапана мемб­рана 8 перемещается в ту или другую сторону, соответственно при­крывая или открывая клапан для поддержания постоянным давле­ния газа после клапана.

На рис. 23 показана конструкция регулятора равного давления ДКР, применяемого в системах равного давления для безынжектор - ных горелок ГАР конструкции ВНИИАВТОГЕНМАШа. Регулятор беспружинный, в качестве регулирующего газа используется аце­тилен, поступающий в горелку по ниппелям / и 6. Воздействуя на двойную мембрану 2, ацетилен поддерживает постоянной пло­щадь проходного сечения регулирующего клапана 3, к которому по штуцеру 4 поступает кислород, выходящий далее в горелку через ниппель 5. Если давление ацетилена уменьшится, то в соответст­вующей степени сократится подача кислорода и снизится его дав­ление после клапана 3, который в этом случае прикрывается, сохраняя заданное постоянное отношение давлений обоих газов, поступающих в горелку. При возрастании давления ацетилена, наоборот, клапан 3 открывается, и давление кислорода после кла­пана несколько повышается. Регулятор обеспечивает постоянство состава горючей смеси в горелке,

Трубопроводы для газообразного кислорода следует проектиро­вать в соответствии с «Правилами техники безопасности и произ­водственной санитарии при производстве ацетилена, кислорода и газопламенной обработке металлов». Согласно строительным нор­мам и правилам все трубопроводы газообразного кислорода в за­висимости от рабочего давления делятся на четыре категории:

Категория.................................................... I П III IV

Рабочее (избыточное) давление:

МПа..................................................... 6,4-22 2,5-6,4 1,6-2,5 До 1,6

кгс/см2................................................. 64—220 25-64 16-25 До 16

Для трубопроводов жидкого кислорода установлены следующие пять категорий:

Категория..................................... I II Ш IV V

Рабочее (избыточное) да­вление:

МПа............................. .6,4-22 1,6-6,4 0,6-1,6 0,25-0,6 До 0,25

кгс/см2.............................. 64-220 16-64 6-16 2,5-6 До 2,5

Выбор материала труб для кислородопроводов определяется возможностью загорания стали в кислороде. Опытами установлено, что стальные трубопроводы для кислорода могут загораться при наличии в потоке газа частиц окалины, сварочного грата, угля, кокса. Загорание обычно происходит на участке после колена трубы, где возникает удар и трение твердых частиц о стенку трубы, при давлении 1,8—3 МПа (18—30 кгс/см2) и при скорости потока 30—85 м/с. Наличие в кислороде негорючих частиц (песка, ржав­чины, шлака и т. п.) не вызывает загорания стальной трубы. В за­висимости от давления кислорода и при скорости его в трубе до 8 м/с для наземных и подземных трубопроводов газообразного кислорода применяют следующие стальные трубы:

Давление,

кгс/см Применяемые трубы

До 16 Электросварные, ГОСТ 10704—63, 10705—63; 10706—63

16-64 Бесшовные (при диаметре до 400 мм), ГОСТ 8734—58, 8732—70

16—64 Электросварные (при диаметре более 400 мм), ГОСТ 10704—63, 10706-63

64—200 Бесшовные, при подземной прокладке, ГОСТ 8734—58, 8732—70

Если при рабочем давлении скорость потока кислорода превы­шает допустимые пределы, применяют трубы из меди или латуни. Все надземные кислородопроводы давления 6,4 МПа (64 кгс/см2) и выше должны быть изготовлены только из труб медных или латун­ных по ГОСТ 617—72 и 494—69. Для труб под жидкий кислород применяют медь, алюминиевые сплавы и коррозионностойкую сталь, сохраняющие прочность и вязкость при температурах жид­кого кислорода.

Межцеховые кислородопроводы можно выполнять подземными и надземными.

В цехах кислородопроводы, как правило, прокладывают от­крыто по стенам или колоннам здания. Если по местным условиям это невозможно, допускается прокладка в каналах, засыпаемых песком и перекрываемых плитами (съемными, несгораемыми). Допу­стима совместная прокладка кислородопровода и ацетилеиопровода в одном канале при наличии разделительной стенки и засыпки обоих отделений канала песком. В кислородных цехах и газификацион - ных станциях допускается прокладка кислородопровода совместно с другими трубопроводами в крытых каналах.

При прокладке газопроводов для кислорода, ацетилена и дру­гих горючих газов на стапелях, доках и набережных должны соблю­даться дополнительные требования, учитывающие особенности вы­полнения работ в этих условиях.

В условиях эксплуатации кислородопровод следует системати­чески контролировать на герметичность. Повышение концентрации кислорода в окружающей среде при наличии открытого пламени, искры или нагретых предметов может привести к пожару и аварии.