Геометричний розрахунок сферичного крана
Рисунок 2.1 – Схема ущільнювальної поверхні у
сферичному крані
Діаметр проходу (вікна) крана в корпусі визначається за формулою
(2.1)
де f - коефіцієнт повнопрохідності;
DN – діаметр умовного проходу пробки крана, см.
Діаметр проходу (вікна) крана в корпусі становить:
см
Орієнтовне значення перекриття (ширини ущільнювального кільця) у сферичних кранах при проведенні проектних розрахунків визначається за формулою:
(2.2)
де n – величина перекриття, мм;
kу – коефіцієнт, який визначається в залежності від матеріалу ущільнювальних кілець, приймаю згідно [1] kу = 0,25;
DN – умовний діаметр, мм;
PN – умовний тиск, кгс/см2.
Орієнтовне значення перекриття (ширини ущільнювального кільця) у сферичних кранах при проведенні проектних розрахунків становить:
мм.
Діаметр сферичної пробки визначається, як і для конічної пробки, при умові, що 
, тобто:
(2.3)
Діаметр сферичної пробки становить:
см.
Оскільки центральний кут, який відповідний перекриттю n:
,
то
. (2.4)
Центральний кут, який рівний n становить:
Центральний кут зовнішнього краю ущільнювального кільця визначається за формулою:
. (2.5)
Центральний кут зовнішнього краю ущільнювального кільця становить:
.
Центральний кут внутрішнього краю ущільнювального кільця визначається за формулою:
. (2.6)
Центральний кут внутрішнього краю ущільнювального кільця становить:
.
Силовий розрахунок сферичного крана
Зусилля від тиску робочого середовища на пробку сферичного крана визначається за формулою:
, (2.7)
де 
– радіус середньої лінії ущільнювального кільця;
– робочий тиск середовища.
Виходячи із конструктивних міркувань, приймають, що 
, а тому:
, (2.8)
де 
см.
Радіус середньої лінії ущільнювального кільця становить:
см.
Зусилля від тиску робочого середовища на пробку сферичного крана становить:
кгс.
Визначаємо зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець за формулою:
, (2.9)
Зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець становить:
кгс.
Оскільки зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець є рівним зусиллю від робочого тиску середовища на пробку сферичного крана, то крутячий момент визначається за формулою:
. (2.10)
Крутячий момент становить:
Н 
см.
де Qз – зусилля попереднього затягування ущільнювальних кілець, кгс;
– коефіцієнт тертя між пробкою і матеріалом ущільнення згідно із [1] приймаю 
= 0,1;
– робочий тиск, кгс/см2.
Затвори сферичного, як і циліндричного кранів працюють в умовах близьких до умов роботи плоского затвора вентиля. Кривизна ущільнення не відіграє великої ролі, оскільки радіус кривизни ущільнювальних поверхонь досить великий у порівнянні з мікронерівностями, а отже із висотою зазорів між поверхнями. Клиновий ефект у сферичному крані також не відіграє суттєвої ролі через великий кут, який утворюють ущільнювальні поверхні (біля 90°).
У зв’язку із цим питомий тиск, який необхідний для забезпечення герметичності сферичних і циліндричних кранів без змащування визначається за формулою:
, (2.11)
де mс – коефіцієнт, який залежить від типу робочого середовища, згідно із [1] приймаю mс = 1,5;
с і kc – сталі, які залежать від матеріалу ущільнення згідно із [1] приймаю
с = 30, kc = 1,0;
n – ширина перекриття (ущільнення), см.
Питомий тиск, який необхідний для забезпечення герметичності сферичних і циліндричних кранів без змащування становить:
кгс/см2.
Оскільки 
,то середній питомий тиск на вихідному кільці визначається за такою формулою:
(2.12)
де kp – коефіцієнти, які залежать від кутової ширини 
ущільнювального кільця, приймаю згідно [1] kp = 4,79.
Середній питомий тиск на вихідному кільці становить:
кгс/см2
Максимальний питомий тиск, який буде на внутрішньому краю вихідного кільця крана без попереднього затягування і при затягуванні зусиллям, яке , визначається за формулою:
. (2.13)
Максимальний питомий тиск, який буде на внутрішньому краю вихідного кільця крана без попереднього затягування і при затягуванні зусиллям, яке 
становить:
кгс/см2.
За тієї ж умови питомий тиск на вхідному ущільнювальному кільці буде дорівнювати нулю.
Виходячи із формули (3.12), максимальний питомий тиск на внутрішньому краю ущільнювального кільця буде дорівнювати:
. (2.14)
Максимальний питомий тиск на внутрішньому краю ущільнювального кільця буде становити:
кгс/см2.
Якщо у формулі (3.7) врахувати формулу (3.8), то отримаємо формулу для визначення зусилля від дії тиску робочого середовища на пробку сферичного крана визначається за формулою:
. (2.15)
Зусилля від дії тиску робочого середовища на пробку сферичного крана становить:
кгс/см2
Виходячи із умови, що момент тертя у сальнику і у опорі пробки не перевищують 30 % від моменту тертя пробки об корпус, орієнтовний розрахунковий крутячий момент на шпинделі приймається рівним:
(2.16)
Орієнтовний розрахунковий крутячий момент на шпинделі становить:
Н см.
Діаметр шпинделя (суцільного хвостовика пробки) у сальнику при проектному розрахунку визначається із умови кручення за формулою:
, (2.17)
де 
- розрахункове допустиме напруження, визначається за формулою:
, (2.18)
де σтр – тимчасовий опір розриву, для високо вуглецевих хромистих сталей становить σтр = 7000 кгс/см2.
Розрахункове допустиме напруження становить:
кгс/см2
Діаметр шпинделя (суцільного хвостовика пробки) у сальнику при проектному розрахунку становить:
см.
Схематично сальник крана із змащуванням показано на рисунку 3.1. Канавка 1 набивається спеціальним мастилом. За допомогою лубрикатора у канавку подається мастило під тиском, яке забезпечує герметичність сальника. Зусилля від тиску середовища на шпиндель 2 сприймає його різь.
1 – канавка із набивкою; 2 – шпиндель; 3 – лубрикатор;4 – порожнина для мастила
Рисунок 2.2 – Схематичне зображення сальника крана з плаваючою пробкою із змащуванням
Момент тертя у різі (у тому числі і в сальнику) при повороті шпинделя визначається за формулою:
, (2.19)
де 
– середній діаметр різі;
– кут підйому різі;
– кут тертя, приймаю згідно [1] 
.
Кут підйому різі визначається із формули
, (2.20)
де 
– крок різі, приймаю t = 1,5 мм.
Кут підйому різі становить:
.
Розміри різі шпинделя приймаються із конструктивних міркувань.
Із математики відомо, що:
. (2.21)
Момент тертя у різі (у тому числі і в сальнику) при повороті шпинделя становить:
Н см.
Крутячий момент, який необхідно для повороту пробки крана визначається за формулою:
. (2.22)
Крутячий момент, який необхідно для повороту пробки крана становить:
Н см.
ВИСНОВКИ
В даній розрахунковій роботі на тему „Проектний розрахунок конструктивних параметрів сферичного крану”, я провела геометричний та силовий розрахунок сферичного крану.
У першому розділі я описала суть завдання, привела вихідні дані для розрахунку сферичного крану.
В другому розділі я провела геометричний та силовий розрахунок сферичного крана, в якому були визначені наступні дані:
– діаметр проходу крана в корпусі становить 4,7434 см;
– діаметр сферичної пробки становить 14,3573 см;
– центральний кут, який відповідний перекриттю n становить 5°;
– зусилля від тиску робочого середовища на пробку сферичного крана становить 33,192 кгс;
– зусилля затягування становить 27,833 кгс;
– орієнтовний крутячий момент на шпинделі становить 20,978 Н см;
– крутячий момент, який необхідний для повороту пробки крана становить 16,166 Н см.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ НА ДЖЕРЕЛА
1.Возняк М.П. Матеріали та трубопровідна арматура трубопроводів та сховищ. Методичні вказівки для самостійної та індивідуальної роботи студентів. – Івано-Франківськ: ІФТУНГ, 2010. – 45с.
2. Курсовий і дипломний проекти. Вимоги до змісту та оформлення: СТП 02070855-03-99. – [Чинний від 1999-04-28]. – Івано-Франківськ: Факел, 1999. – 72 с.
