Запорная арматура и ее применение в трубопроводных системах

Запорная арматура и ее применение в трубопроводных системах

Для трубопроводов разного назначения используются различные виды запорной арматуры. Чтобы корректно подобрать устройство для той или иной трубопроводной системы, необходимо знать предназначение арматуры и ее технические характеристики. Рассмотрим основные виды запорных устройств более подробно.

Трубопроводная арматура для перекрытия потока

Запорная арматура

Такой тип арматуры уменьшает/прекращает подачу теплоносителя в определённом месте трубопроводов или радиаторов. Делается это в принудительном порядке.

Как правило, представлена в виде краников, задвижных элементов с различными конструктивными особенностями. Выбирая модель запорной арматуры для систем отопления следует учитывать способ монтажа и материал, из которого она изготовлена.

Качественный элемент должен выдерживать пиковые температуры, которые способна выдать система и максимальный уровень давления. Эта информация фиксируется производителем в инструкции по эксплуатации или на корпусе запорной арматуры.

Запорная арматура — один из самых важных составляющих отопительной системы. Монтаж осуществляется по всему периметру в местах, где может потребоваться ограничение потоков теплоносителя.

Почти все заводы, выпускающие данные изделия, предоставляют широкий ассортимент моделей для выбора подходящей

Существуют особые параметры, на которые следует обращать внимание при покупке

Для присоединения к магистрали запорная арматура оснащена патрубками. Диаметр которых играет значимую роль. Устройство не должно вызывать какие-либо ограничения потока и объёма вода в открытом состоянии. От уровня регулировки зависит точность

Шаровые краны могут быть использованы для быстрой остановки потоков теплоносителя, а клиновидные позволяют выполнять постепенную регулировку объёмов подаваемой жидкости. Возможность монтажа автоматического регулирующего элемента открытия крана тоже принимается во внимание при выборе продукции.

Важно не только понимать, как правильно осуществить монтаж, но и учитывать эксплуатационные качества арматуры, знать её устройство. Самостоятельные попытки произвести установку арматуры без особых навыков и знаний может повлечь за собой множество проблем

Например, неверно установленная арматура будет пропускать теплоноситель сквозь себя или воздух. Давление будет низким и расход жидкости увеличится. Не говоря уже о протечках и других неисправностях.

Типы кранов отопления

Использование таких элементов легко объясняется конструктивными особенностями и ассортиментом, представленным на рынке. Запорная арматура выражается в двух типах кранов:

• шаровые;
• штоковые.

Первые оснащены шаром, который имеет отверстие. Когда рукоять поворачивается, осуществляется регулировка диаметра внутри. Таким образом осуществляется регулировка силы потока жидкости в трубопроводной системе. Характеризуется данный элемент простотой в перекрытии потока.

Пример шарового крана с разъемным соединением

Штоковые, или вентили, используют для запирания шток, оснащённый прокладкой из резины или керамики. Чтобы прекратить/восстановить подачу воды, придётся выполнить несколько оборотов рукоятки. Этот элемент применим в качестве инструмента для более точной регулировки силы потока.

Установка и выбор арматуры выполняется с учётом эксплутационных параметров системы отопления. В противном случае, будет непросто добиться необходимого функционала и задач, поставленных перед арматурой.

Задвижки отопления

Внешне напоминают вентили, но отличаются более крупными размерами. Также иной внешний вид имеют внутренние каналы. За счёт волнового строения внутри, такие элементы обеспечивают исключительную защиту при заметных перепадах давления. Задвижки позволяют сохранить шток в целостности и обеспечить герметизацию арматуры. Их монтаж осуществляют на областях трубопровода, диаметр которых выше 100 мм.

Правила хранения

Большие производственные мощности подразумевают необходимость наличия запасных деталей, которые можно будет быстро использовать для устранения поломки. Для хранения запорной арматуры необходимо придерживаться следующих правил:

1. Детали храните в сухом помещении. Это предотвратит образование ржавчины на рабочих поверхностях механизма.
2. Нежелательно держать детали в местах, которые подвергаются воздействию солнечного света. В результате нагревания у них придут в негодность прокладки, что скажется на герметичности.
3. Низкие температуры, а также хранение в грязи, не пойдет деталям на пользу, и их рабочие механизмы выйдут из строя.
4. Если у вас на хранении находится большое количество шаровых кранов, имейте в виду, что они хранятся в открытом положении.
5. Детали, которые имеют в своей конструкции прокладки из металла, храните в закрытом состоянии. Это не даст грязи проникнуть внутрь.

Важно! Соблюдение этих правил позволит хранить запасные детали долгое время, без потери их рабочих свойств.

Классификация задвижек для водопровода

Все задвижки в зависимости от используемого материала делятся на два вида:

• чугунные;
• стальные.

Также такая арматура может классифицироваться в зависимости от способа крепления:

• фланцевая;
• приварная.

Но самая главная разновидность водопроводных задвижек зависит от формы затвора. Здесь стоит выделить две самых главных группы:

• Арматура, состоящая из клинового затвора;
• Арматура, состоящая из параллельного затвора.

Особенность задвижки с клиновым затвором заключается в том, что перекрытие потока осуществляется элементами, которые сдвигаются в перпендикулярном движению вещества направлении. Применяются, в основном, для перемещения газообразных веществ, воды, нефтепродуктов.

Затвор такой арматуры представлен клинообразным округлым диском, располагающимся уплотнительными кольцами, размещенными под некоторым наклоном.

Арматура, состоящая из параллельного затвора, включает в себя два, реже один диск. В том случае, если диска два, то конструкция дополнятся распорной пружиной, соединяющей эти два элемента. Данный тип арматуры более надежный и очень редко может заклинить. Используется для любой среды.

Какая бывает трубопроводная арматура: виды и назначение

В зависимости от вида трубопроводные арматуры выполняют различные функции:

Одна из самых востребованных. Служит для полного перекрытия потока рабочей среды, поэтому основным качеством и базовым показателем является герметичность и ее ресурс. Положения, в котором может находиться данная арматура, – «открыто» или «закрыто», промежуточного нет.

Применяются такие виды трубопроводной арматуры в авиации, морском транспорте, в аппаратах, которые используют на большой глубине, космической технике, атомной энергетике и, конечно же, в магистральных газопроводах и нефтепроводах.

На сегодняшний день трубопроводы являются довольно непростыми сооружениями, поэтому при малейших нарушениях в работе возможен сбой во всем процессе, что может послужить причиной к тяжелейшим финансовым и природоохранным последствиям.

Интересный факт, что сочетание слов «запорная задвижка» в речи не используют, как не используют и слова «запорный», «запорная» с названием какого-то типа арматуры. И это относится не только к задвижкам.

Называть ее арматурой обратного действия не рекомендуется. Такая система предназначается для предотвращения обратного потока рабочей среды с помощью автоматического воздействия.

Благодаря автоматическому сбросу избытков рабочей среды, назначение предохранительной арматуры состоит в том, что она защищает оборудование от превышения давления или иных параметров, которые могут привести к аварии. Встретить предохранительную арматуру можно на паровом котле в качестве предохранительного клапана

Важность ее очень велика – она обеспечивает стабильную деятельность трубопровода, а также установок индустриального и энергетического направления. Предохранительная арматура помогает избежать, предотвратить и свести на нет результат выхода за пределы возможного параметров рабочей среды, которые возникают из-за неисправности оснащения, в результате ошибок персонала, из-за физических процессов, которые происходят внутри самого оборудования или внешнего воздействия.

Распределительно-смесительная арматура подходит для распределения потока по различным направлениям, в данном случае трубопроводная система будет называться распределительной. В случае, когда арматура предназначена только для смешивания потока рабочей среды, название данного агрегата будет «смесительная арматура». Когда арматура выполняет обе функции сразу, то она называется распределительно-смесительная.

Существенную роль в трубопроводе играет регулирующая арматура, назначение которой – возможность регулирования параметров рабочей среды. Это приводит к безопасности технологических процессов и формирует довольно сложные производственные цепочки, которые могут состоять из множества компонентов. Преимуществами регулирующей арматуры являются обеспечение нормальных условий для функционирования и хорошей управляемости оборудования. Данная арматура благодаря своим характеристикам может использоваться на таких ответственных объектах, как АЭС. Используется она самостоятельно либо в сочетании с запорной.

Отключающая арматура в некоторых источниках называется защитной. На чувствительных объектах возможен перепад давления, поэтому для того, чтобы скорость течения рабочей среды можно было полностью перекрыть, используют данную отключающую (защитную) арматуру. Преимуществом данной арматуры является то, что она способна отключить конкретный элемент, в отличие от предохранительной арматуры, где поток рабочей среды стравливается.

Существует комбинированная трубопроводная арматура. В нее входят функции тех видов арматур, которые были перечислены выше. По названию можно легко понять, какое назначение они выполняют. Примерами видов трубопроводных арматур могут послужить: запорно-регулирующая арматура (не надо называть ее запорно-дроссельной) или запорно-обратная арматура.

В качестве обратной арматуры также применяется невозвратно-управляемая и невозвратно-запорная. Функции, которые они выполняют: принудительное полное закрытие хода запирающего элемента (невозвратно-запорная арматура) или помимо закрытия еще и ограничение хода (невозвратно-управляющая арматура).

Читайте материал по теме: Угловые краны для радиатора

Сфера применения

Применяются запорные клапаны практически везде, где протекает жидкотекучая или газообразная среда. Поэтому они нашли свое место в нефтяной, газовой, металлургической, химической и прочих отраслях промышленности. Применяются также и в бытовом водоснабжении на магистральных водопроводных трубопроводах. Кроме того, данные запорные элементы применяются и в отопительных системах.

Устройства фланцевых задвижек

Несмотря на простоту, фланцевые клиновые задвижки обладают высокой эффективностью в ряду запорной арматуры. В зависимости от запирающего элемента определяется вид клиновой задвижки. Задвижка фланцевая получила свое название из-за своего исполнения: по бокам её находятся фланцевые диски, которые сопрягаются с такими же дисками на трубе.

У фланцев на задвижке и на трубе, диаметр и отверстия должны строго соответствовать, иначе их не соединить. Между фланцами обязательно устанавливается прокладка из паронита, резины или резинового кольца в зависимости от среды, находящейся внутри трубы

Такое исполнение клиновой задвижки делает её быстросъемной, что немаловажно при ремонте

По устройству гайки клиновые изделия делятся на 2 категории: с выдвижной и неподвижной гайкой.

То есть, в первом варианте, при открывании или закрывании вентиля гайка двигается поступательно. Во втором варианте гайка остается на месте, а выдвигается винт. Во второй категории клиновые задвижки занимают меньше места и их используют при движении нефтепродуктов и других жидкостей, не вызывающих коррозию металла. В основном используются клиновые изделия с выдвижной гайкой.

По методу закрывания устройства делятся на задвижки:

• С ручным управлением. Закрытие вручную производится с помощью рукоятки или вентиля;
• С автоматизированным управлением. При таком закрывании используются, в основном электродвигатели с редуктором, и включаются они через пульт оператором. Гидравлические и пневматические приводы применяются реже, ввиду дополнительного подвода труб, приборов и пр.

Деталировка

Устройство запорного клапана имеет следующий вид. Корпус изделия, как правило, снабжается парой присоединительных патрубков. Они могут быть муфтового, фланцевого, штуцерного типа или иметь гладкую поверхность для последующей приварки.

Внутри клапана находится седло, перекрываемое золотником в момент нахождения его в положении «закрыто». В свою очередь, шпиндель, с помощью которого происходит перемещение золотника, выходит непосредственно из корпуса клапана, а на его конец прикрепляется штурвал (маховик).

1.3.Трехходовой кран.

Предназначен для соединения газовых трубопроводов, где необходимы свеча безопасности и сброс остаточного давления из магистрали, а также для установки манометра на газопровод.

Трехходовой кран представляет собой запорное устройство с клапаном для сброса давления и быстрого отключения магистрали. Кран со всех сторон имеет резьбу М 24х1,5 для соединения с трубопроводами. После окончания работы выброс газа в атмосферу минимальный.

Трехходовой кран можно использовать как запорное устройство с клапаном для высокого давления на газовоздушном трубопроводе. Для этого с двух сторон нарезается резьба ¾ трубная и одна сторона глушится.

Корпус крана изготовлен из нержавеющей стали 12х18Н10т.

Габаритные размеры запорного устройства, мм

высота (с ручкой) ……………………………… 76

Изготовитель: АО «Завод элементов трубопроводов», р.п. Б. Исток

Свердловской области (1.13).

2.1. Задвижка типа ЗМ — 65х21 с ручным приводом.

Задвижка ЗМ — 65х21 (рис.3.) состоит из следующих составных частей: корпуса, шлицевой гайки, шпинделя, крышки подшипников, ходовой гайки, маховика, упорных шарикоподшипников, сальникового узла, шибера, седел, тарельчатых пружин и нагнетательного клапана.

Первоначальная герметичность затвора осуществляется за счет создания необходимого удельного давления на уплотняющих поверхностях шибера и седел с помощью тарельчатых пружин. Герметичность соединения корпуса с крышкой обеспечивается металлической прокладкой посредством затяжки шлицевой гайки; регулировка соосности проходных отверстий шибера и корпуса осуществляется при помощи регулирующих гаек, завинчиваемых в верхний кожух.

Для облегчения управления задвижкой ходовая гайка опирается на упорные шарикоподшипники, резьба шпинделя и ходовой гайки вынесена из зоны контакта со средой, что улучшает условия ее работы. Уплотнение шпинделя осуществляется при помощи сальникового узла, в который для повышения его надежности предусмотрено нагнетание уплотнительной смазки.

В процессе сборки подшипниковый узел заполняется солидолом, а при эксплуатации подачи солидола в узел производится через масленку; в верхнем кожухе задвижки имеются прорези, позволяющие определить положение затвора (открыто-закрыто). В задвижке предусмотрена возможность подачи защитной смазки в корпус через нагнетательный клапан, что предохраняет его от загрязнений и коррозии.

Принцип работы задвижки состоит в том, что при вращении маховика возвратно-поступательное движение через шпиндель передается однопластинчатому шиберу, который открывает или закрывает проходное отверстие задвижки. Во избежание эрозионного и коррозионного износа не допускается работа задвижки в полуоткрытом положении затвора.

Условный проход, мм ………………………………65

Рабочее давление, МПа (кгс/см2 ) ………………….21 (210 )

Макроклиматический район по ГОСТ 16350-80 ……умеренный и холодный

Скважинная среда ……………………………………. нефть, газ, газоконденсат, вода техническая, сточная, нефтепромысловая, морская с содержанием примесей до 0,5 % Н2 S и СО2 до 0,003 по объему каждого

Температура скважинной среды, К ( 0С ), не более ……. 393 (120 )

Габаритные размеры, мм ……………………………… 350х320х650

В собранном виде ………………………………………. 64

Полного комплекта ……………………………………… 66

Изготовитель: Бакинский завод нефтепромыслового машиностроения, г. Баку (1.9).

Страницы: 1 Следующая Последняя

Вентили

Запорная арматура, вид и назначение которой схожи с параметрами задвижки. Основное отличие — использование золотника вместо поворотного диска.

Арматура состоит из следующих компонентов:

• корпус;
• шток;
• золотник;
• маховик;
• уплотнительные элементы;
• соединительные болты.

Вентили имеют ручной или электрический привод. С их помощью прокладываются магистрали, транспортирующие бытовые и технические жидкости. При подборе устройств учитывается тип носителя, диаметр трубопровода, специфика внешнего воздействия.

Монтаж

Основные правила монтажа и установки клиновой задвижки:

• предварительно убедиться в пригодности изделия для установки по техническим характеристикам и реальной работоспособности;
• следить за частично открытым положением затвора в процессе;
• при номинальном диаметре устройства более 100 мм использовать дополнительные опоры;
• для перемещения изделия с помощью подъемно-транспортной техники крепить только за монтажные проушины;
• для подземной установки устроить основание из трамбованного грунта без острых фракций, толщина основания для бесканальной прокладки коммуникаций – не менее 200 мм;
• после установки проверить работоспособность участка трубопровода сначала при минимальном, потом при номинальном и при максимально допустимом давлении. В процессе испытаний затвор должен быть полностью опущен или поднят.

Выбор прокладок для соединения фланцев задвижки с фланцем трубопровода следует осуществлять согласно требованиям.

Тип прокладки	Рабочее давление, бар	Температура, градусы Цельсия
Паронитовая	До 63	-50…450
Фторопластовая	До 70	-120…150
Резиновая (EPDM)	До 61	0…60

Допустимые усилия при затяжке гаек приведены в таблице «Моменты затяжки шестигранных гаек фланцевого соединения».

Номинальный диаметр (DN)	Гайка/болт, номинальный диаметр резьбы	Момент, Нм
15…32	М10	15…30
40…65	М12	35…50
80…100	М16	75…100
125…150	М16	80…120
200	М20	150…200
250…400	М24	340…410
500	М27	340…410

Для лучшего понимания процесса монтажа, управления и подключения представлено видео об установке задвижки большого номинального диаметра в колодец подземных коммуникаций:

Расположение ходового узла

Большое значение для работы и области применения задвижек имеет расположение ходового узла — резьбового соединения шпиндель-гайка. Он может быть расположен внутри задвижки в рабочей среде или вне полости корпуса.

Задвижки с выдвижным шпинделем

применяют если нужно быть уверенным в надёжности арматуры.

Эта задвижка является конструкцией с невыдвижным шпинделем

Задвижка с выдвижным шпинделем

В такой конструкции резьба шпинделя и ходовая гайка расположены снаружи корпуса арматуры. Шпиндель нижним концом соединён с затвором и при вращении ходовой гайки для открытия задвижки совершает вместе с затвором только поступательное перемещение, при этом верхний конец шпинделя выдвигается на величину хода затвора. Для возможности перемещения шпинделя ходовая гайка поднята над верхней частью крышки (то есть над сальником) примерно на величину хода затвора в конструкции, которую называют бугельным узлом.

Достоинствами такой конструкции являются отсутствие вредного воздействия рабочей среды на ходовой узел и свободный доступ для его технического обслуживания, а следовательно меньший износ сальникового уплотнения и более высокая надёжность резьбовой пары и сальника.

Недостатком таких задвижек является увеличение строительной высоты и массы за счёт выхода шпинделя из крышки не менее, чем на диаметр прохода и необходимость по этой причине при монтаже оставлять свободное место для выхода шпинделя.

Задвижка с невыдвижным шпинделем

В этом случае ходовая резьба находится внутри полости задвижки и при открывании шпиндель не выдвигается из крышки, сохраняя своё первоначальное положение по высоте. Ходовая гайка в этих задвижках соединена с клином и при вращении шпинделя для открытия прохода как бы наворачивается на него, увлекая за собой клин.

В задвижках с невыдвижным шпинделем ходовой узел погружён в рабочую среду и поэтому подвержен действию коррозии и абразивных частиц в рабочей среде, к нему закрыт доступ и отсутствует возможность технического обслуживания во время эксплуатации, что приводит к снижению надёжности работы ходового и сальникового узлов.

В связи с этим такие задвижки имеют ограниченное применение — для трубопроводов, транспортирующих минеральные масла, нефть, воду, не засорённую твёрдыми примесями и не имеющими коррозионных свойств. Поскольку в задвижках с невыдвижным шпинделем затруднены наблюдение и уход за ходовым узлом, они не рекомендуются для ответственных объектов.

Достоинством такой конструкции является меньшая строительная высота, что делает целесообразным их применение для подземных коммуникаций, колодцев, нефтяных скважин и т.д.

Достоинства и недостатки

Кроме вышеуказанных достоинств клапаны обладают и другими, например:

• возможность применения в условиях высоких температур и давлений, вакуума, коррозионных и агрессивных сред;
• сравнительная простота технического обслуживания и ремонта в условиях эксплуатации.

Конструкция клапанов во многом схожа с конструкцией задвижек, но принципиальное её отличие — то, что перемещение затвора совпадает с осью перемещения потока среды, а не перпендикулярно ему, даёт клапанам ряд преимуществ перед задвижками, среди которых:

• малый ход затвора для полного открытия (обычно не более 0,25 номинального диаметра, в то время как у задвижек — не менее диаметра) и, соответственно, малая строительная высота и масса;
• в клапанах гораздо проще, чем в задвижках, обеспечить требуемую герметичность затвора (путём применения из различных неметаллических материалов);
• при закрытии и открытии клапана в отличие от задвижки практически исключается трение уплотнения затвора
  о
  седло
  , что существенно уменьшает износ уплотнительных поверхностей;
• возможность применения сильфона в качестве уплотнения арматуры по отношению к внешней среде.

К недостаткам клапанов можно отнести:

• высокое (по сравнению с шаровыми кранами и задвижками) гидравлическое сопротивление, что при больших диаметрах прохода и высоких скоростях среды создаёт большие потери энергии и вызывает необходимость соответственно повышать начальное давление в системе;
• ограничение пределов применения по диаметру, о котором было сказано выше;
• наличие в большинстве конструкций застойных зон, в которых скапливаются механические примеси из рабочей среды, шлам, что приводит к интенсификации процессов коррозии в корпусе арматуры.

Затворы

Затворы применяются в системах:

• водоснабжения;
• в пожарных системах;
• при сооружении вентиляционных систем.

Затворы считаются продвинутыми системами, имеющими следующие положительные стороны:

1. конструкция реализована просто, благодаря чему эксплуатация не вызывает никаких проблем;
2. устанавливают в трубопроводы большого диаметра;
3. просто ремонтировать.

К недостаткам относят следующие вещи:

• из-за того, что в открытом положении диск затвора расположен в проходе, пропускная способность слегка ухудшается. Это станет причиной, которая затруднит очистку труб;
• крутящий момент для управления затвором невелик.

Затворы запорной арматуры.

Виды запорной арматуры

Существуют различные виды запорной арматуры:

1. Запорные краны

присутствуют на всех трубопроводах. Соединяются с трубой фланцевым или муфтовым соединением. С учетом рабочей среды краны подразделяются на шаровые и пробковые.

Сальниковые муфтовые – краны-пробки с резиновым или пеньковым сальником внутри, отлитые из чугуна для использования в водных и нефтяных трубопроводах. Температура транспортируемого вещества не должна превышать 100 градусов. Кран можно устанавливать в любом положении.

Пробковые муфтовые – чугунные для газовых трубопроводов. Максимальный порог температуры – 50 градусов. Также неприхотливы к установке.

Фланцевые шаровые краны – производятся в стальном (диапазон температур 30-70 градусов) и чугунном, выдерживающем 100-градусную нагрузку, варианте.

2. Запорная заслонка

выполнена в виде диска, вращающегося вокруг своей оси, расположенной перпендикулярно или под определенным углом по направлению движения вещества. В основном монтируются на трубопроводы большого диаметра с небольшим давлением рабочей среды. Устанавливаются гидроприводным или электроприводным способом, а также вручную врезаются в трубопровод при помощи сварки или фланцевым соединением. Корпус изготавливается из чугуна, а диск из стали. Подходят для использования в кислотных и щелочных средах и не требуют технического обслуживания.

3. Трубопроводные задвижки

периодически перекрывают поток рабочей среды. При оснащении их электроприводом появляется возможность осуществлять управление дистанционно. Изготавливаются из чугуна, стали, нержавейки или сплавов цветных металлов. Выбор материала, из которого будет изготовлено устройство запорной арматуры, зависит от того, щелочная или кислая среда будет транспортироваться по трубопроводу.

4. Запорный вентиль

предназначается для полного перекрытия потока. С его помощью невозможно осуществить регулирование рабочего давления. Вентиль должен быть всегда полностью открыт или закрыт. Золотник и шпиндель, составляющие систему, перекрывают поток параллельно его направлению для предотвращения гидроударов. Вентили для систем с высоким давлением приваривают к толстостенным трубам. Также возможно соединение фланцевыми патрубками и муфтами. Последнее распространено в трубопроводах для транспортировки воды, воздуха или пара температурой не выше 50 градусов с обязательным уплотнением чугуна кожаным, резиновым или паронитовым кольцом.

Детали, изготовленные из латуни, немного весят и работают при высоких показателях сжатия, обеспечивая 100% перекрытие.

Герметизация в таких системах может обеспечиваться:

• сильфоном;
• диафрагмой;
• сальником.

Типы запорной арматуры включают в себя также те специальные вентили, задвижки и заслонки которые эксплуатируются на трубопроводах, по которым движутся агрессивные вещества. Для таких изделий чаще всего используют устойчивую к кислоте и щелочи латунь.

Детали из сильфона применяют при необходимости обеспечения герметичности соединения, выдерживания высоких температур и предотвращения возможной утечки.

Антикоррозийные свойства также крайне важны для арматуры, используемой в агрессивных средах, поэтому зачастую допускается применение фланцевых, фарфоровых и диафрагмовых вентилей с резиновым покрытием.

Газовая запорная арматура

Газовая запорная арматура – неотъемлемая часть в газотранспортной системе, функция которой – включение или отключение газа, изменение направления его потока, управление давлением или количеством проходящего продукта.

К арматуре, которая будет использоваться в газопроводах, предъявляется требование к герметическому отключению существующих участков в газовых трубопроводах. Поэтому краны, задвижки, обратные клапаны и вентили должны пройти сертификацию и быть изготовлены из высококачественных материалов, ведь от их надежности зависит, не произойдет ли сбой в работе, который приведет к загрязнениям атмосферы или взрыву газа.

Запорная арматура

Запорная арматура вид трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия потока среды. Она имеет наиболее широкое применение и составляет обычно около 80% от всего количества применяемых изделий. К запорной арматуре относят и пробно-спускную и контрольно-спускную арматуру, используемую для проверки уровня жидкой среды в ёмкостях, отбора проб, выпуска воздуха из верхних полостей, дренажа и т.д.

2. Классификация устройств может быть произведена по нескольким признакам:

• Область применения;
• Принципу управления и действия;
• типу запорного элемента;
• присоединению к трубопроводу.

Область применения:

По принципу управления и действия:

• Управляемая
• С ручным приводом
• С механическим приводом
• Электрическим приводом
• Пневматическим приводом
• Гидравлическим приводом
• Электромагнитным приводом
• Арматура под дистанционно расположенный привод (управляется механическим или ручным приводом, который устанавливается отдельно от арматуры и соединяется с ней передачей, состоящей из валов, подшипников, зубчатых колес или тросов)
• Автоматически действующая (автономная)

3. Типы запорных элементов.

К запорной арматуре, по признаку запирающего элемента, относят:

• Краны
• Клапаны
• Задвижки
• Заслонки (поворотные затворы)

3.1 Кран

Кран трубопроводный- тип трубопроводной арматуры, у которого запирающий или регулирующий элемент, имеющий форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг собственной оси, произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды. Краны по типу запорного элемента разделяются на шаровые, пробковые.

Краны могут представлять собой запорные, регулирующие или распределительные устройства, и предназначены для работы с газообразными и жидкими средами, в том числе вязкими и загрязнёнными, суспензиями, пульпами, шламами. Они используются на магистральных газопроводах и нефтепроводах, в системах городского газоснабжения, на резервуарах, котлах и в других областях.

Управляются краны вручную или с помощью механического привода: электрического, пневмо- и гидравлического. В шаровых кранах, установленных на магистральных газопроводах, используются также пневмогидравлические приводы, в которых на поршень в цилиндре воздействует жидкость (масло) под давлением газа, отбираемого из трубопровода, что обеспечивает плавное и безударное срабатывание привода.

По направлению потока краны могут быть проходными, то есть направление потока не меняется, угловыми, то есть направление потока меняется на 90° и трёхходовыми, то есть иметь один выходной и два входных патрубка, что позволяет смешивать потоки сред с различными параметрами. Это свойство трёхходовых кранов используется в сантехнике в устройстве под названием смеситель.

Рисунок.1. Схема Проходного шарового крана.

Рисунок 2. Схема углового крана.

Рисунок 3. Схема трехходового крана.

Главные различия в конструкции кранов заключаются в форме затвора, он может быть в виде шара, конуса или цилиндра. Современным и прогрессивным представителем кранов является шаровой кран, традиционным, и в силу этого всё еще часто использующимся, несмотря на существенные недостатки конструкции, — конусный кран. Цилиндрические краны имеют крайне ограниченное применение.

Устройство

Основными частями крана являются корпус и затвор в виде шара, конуса или цилиндра. Для прохода среды в затворе предусмотрено сквозное отверстие. Управление краном осуществляется путём поворота пробки. При повороте на 90° осуществляется полное перекрытие хода среды, при повороте на меньшие углы — частичное. В промежуточном положении, в зависимости от конструкции крана, среда может направляться либо в обоих направлениях, либо полностью перекрываться.

Различия в конструкциях

3.1.1 Шаровой кран

Это разновидность крана, запирающий или регулирующий элемент которого имеет сферическую форму. Подвижным элементом таких кранов служит пробка сферической формы — шар, по оси которой выполнено сквозное круглое отверстие для прохода рабочей среды. В проходных кранах для полного закрытия или открытия прохода достаточно повернуть шар на 90°. Диаметр отверстия чаще всего соответствует внутреннему диаметру трубопровода, на который устанавливается кран, называющийся в этом случае полно проходным. Гидравлические потери при проходе рабочей среды через полностью открытый кран весьма малы, практически такие же, как при проходе среды через трубу, равную по длине корпусу крана, что в разы меньше, чем в задвижках и клапанах. Это ценное качество сделало шаровые краны основным запорным устройством на линейной части магистральных газопроводов. Однако для уменьшения габаритов и крутящих моментов, необходимых для управления арматурой, иногда применяются суженные краны. Кроме общих для кранов, шаровые имеют ряд специфических достоинств, среди которых:

• весьма малые гидравлические потери;
• высокая и надёжная герметичность;
• простая форма проточной части и отсутствие в ней застойных зон;
• удобное управление.

Сёдла в корпусе выполняются в виде колец из различных видов пластмасс (в основном фторопласта), что обеспечивает надёжную герметичность, лёгкость и плавность поворота шаровой пробки, но ограничивают применения таких кранов для сред с температурой не более 200°C. Также полимерные седла больше подвержены износу из за постоянного взаимодействия с кромкой отверстия в шаре.

Шаровые краны имеют большое разнообразие исполнений, но основные их различия — в конструкциях запорных органов: с плавающим шаром (для небольших диаметров) и с шаром в опорах.

Рисунок 4. Шаровый кран.

3.1.2 Конусный кран (игольчатый).

Это разновидность крана, запирающий или регулирующий элемент которого имеет форму конуса.

Сквозное отверстие в пробке, которое, в отличие от шаровых кранов, как правило, не круглое, а трапециевидное, обеспечивает проход среды при открытии такого крана. Сёдлами является внутренняя поверхность корпуса. Таким образом, уплотнительными поверхностями запорного органа являются конические поверхности — наружная пробки и внутренняя корпуса.

В конусных кранах обеспечиваются два весьма трудно сочетаемых требования — создать плотный и герметичный контакт между коническими поверхностями пары корпус—пробка и при этом обеспечить свободный плавный поворот пробки, не допуская её заклинивания и задирания уплотнительных поверхностей. Последнее требование диктует необходимость изготовления корпусов и пробок из материалов, обладающих хорошими антифрикционными качествами (латунь, бронза, чугун). Такие материалы ограничивают практическое применение конусных кранов давлением 1,6 МПа и диаметром 100 мм. Иногда конусные краны изготавливают также из углеродистой стали диаметром до 200 мм, но пробку в этих случаях делают из чугуна, либо применяют специальную систему смазки уплотнительных поверхностей.

Конусный кран весьма сложно изготовить и отрегулировать так, чтобы обеспечить какую-то стабильную величину усилия, необходимого для поворота пробки, поэтому они практически непригодны для использования с электро- или пневмо-приводами и управляются вручную.

Кроме вышеперечисленных, конусные краны имеют ряд других недостатков:

• для управления конусными кранами требуются большие крутящие моменты, что приводит к необходимости установки механического редуктора даже при небольших диаметрах крана ;
• уплотнительным поверхностям требуется тщательное обслуживание и смазка во избежание прикипания пробки к корпусу;
• притирка конической пробки к корпусу сложная процедура, от качества которой зависит надёжность и герметичность крана;
• неравномерный по высоте износ пробок, что приводит к снижению герметичности крана в процессе эксплуатации.

Конусные краны различаются по способу уплотнения на сальниковые и натяжные, и имеют ряд специфических конструкций:

• краны со смазкой — применяются для снижения крутящих моментов при управлении кранов;
• краны с подъёмом пробки — для того же, но другим способом;
• краны с обогревом — для застывающих нефтепродуктов;
• пробно-спускные краны — для контроля наличия среды.

Рисунок 5. Конусный кран (игольчатый).

3.2 Запорный клапан

Запорный клапан — запорная и регулирующая арматура, конструктивно выполненная в виде клапана, то есть её запирающий элемент перемещается параллельно оси потока рабочей среды. Иногда ошибочно термин клапан заменяют термином вентиль — это неправильно и в серьёзной технической литературе такая замена не допускается. Как и другие виды запорной арматуры, запорные клапаны применяются для полного перекрытия своего проходного сечения, а, следовательно, потока рабочей среды; то есть запирающий элемент, которым в запорном клапане чаще всего является золотник, в процессе эксплуатации находится в крайних положениях «открыто» или «закрыто». Для регулирования расхода среды путём изменения проходного сечения успешно применяются регулирующие клапаны, также существуют и запорно-регулирующие клапаны, совмещающие эти функции.

Следует заметить, что до 1982 года клапаны, в которых затвор перемещается при помощи резьбовой пары шпиндель — ходовая гайка, назывались вентилями, однако это наименование было упразднено и сейчас клапаном называют и арматуру с резьбовым шпинделем (передающим крутящий момент от привода), и с гладким штоком (передающим поступательное усилие от привода). Клапаны вентильного типа управляются вручную или электроприводом, а клапаны с гладким штоком — гидро-, пневмо- или электромагнитным приводом, а также механическим приводом от других устройств. Запорные клапаны с быстродействующими поршневыми пневматическими приводами входят в состав защитной арматуры и носят название отсечные.

Клапаны широко распространены как запорная арматура, что объясняется возможностью обеспечения хорошей герметизации в запорном органе при сравнительной простоте конструкции. Клапаны применяются для жидких и газообразных сред с широким диапазоном рабочих параметров: давления — от вакуума 5·10−3 мм рт. ст. до 250 МПа, температуры — от -200 до +600 °C. Клапаны обычно используются на трубопроводах относительно небольших диаметров, так как в случае больших размеров приходится иметь дело с существенным возрастанием усилий для управления клапаном и усложнять конструкцию для обеспечения правильной посадки затвора на седло корпуса.

Достоинства и недостатки.

Кроме вышеуказанных достоинств, клапаны обладают и другими, например:

• возможность применения в условиях высоких температур и давлений, вакуума, коррозионных и агрессивных сред;
• сравнительная простота технического обслуживания и ремонта в условиях эксплуатации.

Конструкция клапанов во многом схожа с конструкцией задвижек, но принципиальное её отличие — то, что перемещение золотника совпадает с осью перемещения потока среды, а не перпендикулярно ему, даёт клапанам ряд преимуществ перед задвижками, среди которых:

• малый ход затвора для полного открытия (обычно не более 0,25 номинального диаметра, в то время как у задвижек — не менее диаметра) и, соответственно, малая строительная высота и масса;
• в клапанах гораздо проще, чем в задвижках, обеспечить требуемую герметичность затвора (путём применения уплотнительных колец из различных неметаллических материалов);
• при закрытии и открытии клапана в отличие от задвижки практически исключается трение уплотнения затвора о седло, что существенно уменьшает износ уплотнительных поверхностей;
• возможность применения сильфона в качестве уплотнения арматуры по отношению к внешней среде.

К недостаткам клапанов можно отнести:

• высокое (по сравнению с шаровыми кранами и задвижками) гидравлическое сопротивление, что при больших диаметрах прохода и высоких скоростях среды создаёт большие потери энергии и вызывает необходимость соответственно повышать начальное давление в системе;
• ограничение пределов применения по диаметру, о котором было сказано выше;
• наличие в большинстве конструкций застойных зон, в которых скапливаются механические примеси из рабочей среды, шлам, что приводит к интенсификации процессов коррозии в корпусе арматуры.

Устройство и принцип действия

Рисунок 6. Проходной запорный клапан в разрезе. 1-шпиндель, 2-узел, 3-золотник, 4-корпус.

Корпус (на поясняющем рисунке жёлтого цвета) имеет два патрубка с концами для присоединения к трубопроводу, оно может быть любым известным способом фланцевым, муфтовым, штуцерным (отличия муфтового и штуцерного способа см. стр.32-33), цапковым, приваркой. Внутри корпуса расположено седло, которое в положении «закрыто» перекрывается затвором (золотником ). Шпиндель проходит через сальниковое уплотнение в крышке. В конструкции, изображённой на поясняющем рисунке, ходовая часть запорного органа вынесена за пределы зоны рабочей среды с помощью бугельного узла. Уплотнение может быть и сильфонным, в этом случае вынесение ходового узла не требуется.

Шпиндель передаёт крутящий момент от ручного штурвала(маховика) или механического привода через неподвижную ходовую гайку золотнику, преобразуя его в поступательное движение золотника, в крайнем нижнем положении золотник садится в седло и поток среды перекрывается. Усилие, передаваемое от привода, может быть и поступательным, в этом случае ходовая гайка отсутствует, а вместо шпинделя используется гладкий шток.

Различия в конструкциях

Конструкции уплотнения. По способу герметизации подвижного соединения шпиндель(шток)—крышка, клапаны делятся на сальниковые, сильфонные и мембранные(диафрагмовые).

3.2.1 Сальниковая арматура

Сальниковое устройство или сальниковое уплотнение — один из видов уплотнительных устройств подвижных соединений различных устройств и механизмов. Ввиду простоты своей конструкции это одно из самых распространённых и давно известных уплотнительных устройств. Названия сальниковая набивка, сальник, сальниковый узел и другие сохранились с тех времён, когда для уплотнения в этих устройствах использовалась пропитанная жиром пенька, в современной промышленности применяются другие материалы.

Суть сальникового устройства в том, что на внешней стороне крышки или корпуса в том месте, где через них проходит шток или шпиндель, создаётся сальниковая камера, в которую укладывается уплотнительный материал — сальниковая набивка. При помощи специальных устройств набивка поджимается вдоль оси шпинделя (штока), упираясь в стенки сальниковой камеры и уплотняя набивку. При сжатии набивки в ней создаются усилия, под действием которых она прижимается с одной стороны к стенке сальниковой камеры, а с другой — к цилиндрической поверхности шпинделя (штока). Таким образом, создаётся герметичность, и рабочая среда не проникает за пределы корпуса оборудования. В механизмах малых диаметров поджатие набивки производится накидной , больших — специальной деталью — сальником — при помощи откидных или анкерных болтов с гайками (обычно двух).

Рисунок 7. Кран с сальниковым клапаном.

Сила трения , возникающая между сальниковой набивкой и штоком препятствует последнему совершать необходимые перемещения, а при чрезмерных усилиях затяжки сальника делают их невозможными, поэтому для сальников имеют большое значение конструкторские и технологические решения, обеспечивающие их нормальную работу, среди них:

• материал набивки;
• размеры сальниковой камеры;
• конструкция деталей сальникового узла;
• материал штока (шпинделя), чистота обработки его поверхности и другие.

В некоторых случаях (среди арматуры как правило в регулирующих клапанах) для снижения трения применяются сальники со смазкой, которая подаётся извне через специальную маслёнку, в тяжело нагруженных механизмах применяется орошение штока водой, например в буровых насосах.

3.2.2 Сильфонная арматура

В сильфонной арматуре уплотнение подвижных элементов относительно внешней среды обеспечивается сильфонным узлом. Главным его элементом является сильфон — гофрированная трубка. Металлический сильфон при помощи сварки или пайки соединяется с верхними или нижними кольцами (или деталями другой формы), образуя так называемую сильфонную сборку. Сильфонная сборка своей верхней частью неподвижно и герметично соединяется с корпусными деталями арматуры, а нижней — со штоком или золотником клапана, перекрывая, таким образом возможность выхода рабочей среды во внешнюю. Поступательное перемещение штока для управления золотником происходит внутри сильфона, который может изменять свою длину за счёт деформации гофров.

Сильфонные клапаны используются для работы в таких средах, утечка которых в окружающую среду недопустима (Пример: утечка газа, которая вызывает удушье, отравление, взрыв). Преимущество таких клапанов перед сальниковыми — исключение утечки рабочей среды в атмосферу в пределах срока службы сильфонного узла. Но это преимущество достигается путём существенного усложнения конструкции и соответственно более высокой стоимости клапана. Кроме того, ремонт сильфона клапана при его усталостном разрушении представляет собой сложную операцию по замене сильфонной сборки, поэтому в таких случаях клапан необходимо менять на новый.

Рисунок 8. Кран с сильфонной сборкой

3.2.3 Мембранная арматура

Мембранные клапаны принципиально отличаются от клапанов другой конструкции.

В мембранной арматуре внешнее уплотнение обеспечивается при помощи мембраны, выполняющейся в виде упругого диска из эластичных материалов (резина, фторопласт). Профиль мембраны позволяет в центральной её части осуществлять возвратно-поступательное движение, достаточное для закрывания или открывания запорного или регулирующего органа арматуры. Мембрана устанавливается и зажимается по наружному диаметру между корпусом и крышкой, это обеспечивает герметичность соединения корпусных деталей и одновременно полностью отсекает внутреннюю полость арматуры от внешней среды.

Особенность этих клапанов состоит в том, что диафрагма одновременно может выполнять функцию затвора, перекрывая под действием шпинделя проход рабочей среды через корпус.

Такая конструкция позволяет без применения нержавеющих сталей иметь чугунные клапаны, пригодные для различных агрессивных сред. Это достигается покрытием (футеровкой) внутренних поверхностей корпуса различными коррозионностойкими материалами (фторопласт, резина, полиэтилен, эмали).

Недостатками таких клапанов являются небольшой срок службы мембраны и ограниченные небольшими давлениями и температурами пределы их применения.

Рисунок 9. Мембранный клапан, строение.

Направление потока

По конструкции корпуса и расположению на трубопроводе, связанным с направлением потока рабочей среды, запорные клапаны различаются:

• проходные — в них направление потока среды на входе и выходе одинаковое, но иногда ось выходного патрубка смещена параллельно входному. В таком клапане поток среды в корпусе делает как минимум два поворота на 90°, что приводит к высокому гидросопротивлению и появлению застойных зон в корпусе;
• угловые — в них поток поворачивает на 90°, но один раз, что позволяет снизить гидросопротивление. Существенный недостаток таких клапанов заключается в том, что область их применения ограничивается поворотными участками трубопроводов;
• прямоточные — в них, как и в проходных, направление потока сохраняется, но ось шпинделя расположена не перпендикулярно, а наклонно к оси прохода. Такая конструкция позволяет существенно спрямить поток и уменьшить гидросопротивление, однако при этом увеличивается ход затвора, строительная длина и масса изделия.

Конструкция рабочего органа.

Уплотнительный элемент в клапанах бывают тарельчатыми (золотниковыми) или коническими.

Уплотнительные поверхности тарельчатого затвора могут быть плоскими или конусными, в последнем случае седло в корпусе выполняется в виде фаски. Плоские уплотнения позволяют изготавливать их из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов, они хорошо работают в жидких и газообразных средах, не содержащих взвешенных частиц. Конусные уплотнения, металл по металлу, используются для клапанов высоких давлений со взвешенными частицами в рабочей среде.

Конический запорный элемент применяется в клапанах номинальным диаметром не более 25, для номинальных давлений от 16 МПа и выше. Такие клапаны называются игольчатыми. В отличии от игольчатого (конического ) крана, игольчатый запорный элемент клапана расположен соосно потоку рабочей среды, а в игольчатом кране шпиндель и запорный элемент направлен перпендикулярно рабочей среде. Т.е в клапане уплотнительный элемент имеет поступательное движение для перекрытия потока рабочей сети, а в кранах уплотнительный элемент вращается вокруг своей оси для перекрытия.

3.3 Задвижка

Задвижка — трубопроводная арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды. Задвижки — очень распространённый тип запорной арматуры. Они широко применяются практически на любых технологических и транспортных трубопроводах диаметрами от 15 до 2000 миллиметров в системах жилищно-коммунального хозяйства, газо- и водоснабжения, нефтепроводах, объектах энергетики и многих других при рабочих давлениях до 25 МПа и температурах до 565 °C[2].

Широкое распространение задвижек объясняется рядом достоинств этих устройств, среди которых:

• сравнительная простота конструкции;
• относительно небольшая строительная длина;
• возможность применения в разнообразных условиях эксплуатации;
• малое гидравлическое сопротивление.

Последнее качество делает задвижки особенно ценными для использования в магистральных трубопроводах, для которых характерно постоянное высокоскоростное движение среды.

К недостаткам задвижек можно отнести:

• большую строительную высоту (особенно для задвижек с выдвижным шпинделем, что обусловлено тем, что ход затвора для полного открытия должен составить не менее одного диаметра прохода;
• значительное время открытия и закрытия;
• изнашивание уплотнительных поверхностей в корпусе и в затворе, сложность их ремонта в процессе эксплуатации.

За редким исключением задвижки не предназначены для регулирования расхода среды, они используются преимущественно в качестве запорной арматуры — запирающий элемент в процессе эксплуатации находится в крайних положениях «открыто» или «закрыто».

Задвижки обычно изготовляются полно проходными, то есть диаметр проходного отверстия арматуры примерно соответствует диаметру трубопровода, на который она устанавливается. Однако в некоторых случаях для уменьшения крутящих моментов, необходимых для управления арматурой, и снижения износа уплотнительных поверхностей, применяются суженные задвижки. Некоторое увеличение гидросопротивления при этом практически не влияет на работу системы, нежелательна установка таких задвижек лишь на магистральных трубопроводах больших диаметров.

Рисунок 10. Детальное устройство задвижки

Наиболее распространено управление задвижкой с помощью штурвала (вручную), также задвижки могут оснащаться электроприводами, гидроприводами и, в редких случаях, пневмоприводами. На задвижках большого диаметра с ручным управлением, как правило, устанавливают редуктор для уменьшения усилий открытия-закрытия.

По характеру движения шпинделя различаются задвижки с выдвижным или не выдвижным (вращаемым) шпинделем. В первом случае при открытии и закрытии задвижки шпиндель совершает поступательное или вращательно-поступательное движение, во втором — только вращательное. Основные различия задвижек — в конструкции запорного органа, по этому признаку задвижки различаются на клиновые, параллельные, шиберные и шланговые.

Устройство и принцип действия

Рисунок 11. Чертёж клиновой задвижки с выдвижным шпинделем в разрезе.

В общем виде конструкция задвижки состоит из корпуса и крышки, образующих полость, в которой находится рабочая среда под давлением и внутри которой помещен затвор (на чертеже справа он клиновой). Корпус имеет два конца для присоединения задвижки к трубопроводу (применяются присоединительные концы фланцевые, муфтовые и под приварку). Внутри корпуса расположены, как правило два седла, параллельно или под углом друг к другу (как на рисунке), к их уплотнительным поверхностям в положении «закрыто» прижимаются уплотнительные поверхности клина . Клин перемещается в плоскости, перпендикулярной оси прохода среды через корпус, при помощи шпинделя или штока. Шпиндель с ходовой гайкой образует резьбовую пару, которая при вращении одного из этих элементов обеспечивает перемещение затвора в нужном направлении. Такое решение (см. поясняющий чертёж) наиболее распространено и применяется при управлении вручную или электроприводом. При использовании гидро- или пневмопривода шток совершает вместе с затвором только поступательное движение. Шпиндель одним концом внутри корпуса соединён с затвором, а другим — проходит через крышку и сальник(который в основном применяется в качестве уплотнительного устройства в задвижках) для соединения с элементом управления задвижкой (в данном случае штурвалом).

Конструкции запорных органов

3.3.1 Виды задвижек:

3.3.1.1 Клиновые задвижки

В клиновых задвижках сёдла в корпусе расположены под небольшим углом друг к другу, а затвор представляет собой устройство в виде клина — жёсткого, упругого или двухдискового, который в положении «закрыто» плотно входит в пространство между сёдлами (см. поясняющий чертёж, клин находится в нижнем положении, между сёдлами). В зависимости от условий эксплуатации выбирается тот или иной вид клина.

3.3.1.2 Жёсткий клин

Жёсткий клин обеспечивает надежную герметичность запорного органа, но для этого требуется повышенная точность обработки для совпадения угла клина с углом между сёдлами корпуса. Недостаток жёсткого клина — опасность заклинивания затвора и невозможность или трудность открытия задвижки в результате колебаний температур рабочей среды, износа или коррозии уплотнительных поверхностей

3.3.1.3 Двухдисковый клин

Такой клин образуется двумя дисками, расположенными под углом друг к другу и жёстко скрепленными между собой. В нём диски имеют возможность само установки относительно сёдел корпуса, поэтому некоторые погрешности, допускаемые при изготовлении сёдел корпуса, не влияют на герметичность в положении «закрыто». Двухдисковый клиновой затвор существенно снижает возможность заклинивания, которое свойственно жёсткому клину, и, несмотря на некоторое усложнение конструкции, имеет ряд других достоинств — малый износ уплотнительных поверхностей, высокая герметичность запорного органа, меньшее усилие, необходимое для закрытия.
Клиновые двухдисковые задвижки, входящие в судовую арматуру называют также клинкетными.

3.3.1.4 Упругий клин

Это модификация двухдискового клина, диски которого связаны между собой упругим элементом, способным изгибаться, обеспечивая плотный контакт между уплотнительными поверхностями в положении «закрыто». В этом затворе снижены возможности само установки дисков по сравнении с двухдисковыми, хотя и сохраняется способность компенсировать некоторые деформации корпуса от нагрузок трубопровода и колебаний температур. Достоинства упругого клина — не требуется трудоёмкая пригонка затвора по корпусу (как для жёсткого клина) и конструкция более простая, чем у двухдискового. Таким образом, упругий клин в определённой степени сглаживает недостатки и сочетает достоинства двух других видов клиновых затворов.

Рисунок 12. Шиберная задвижка с электроприводом.

3.3.2. Параллельные задвижки

В параллельных задвижках уплотнительные поверхности двух сёдел в корпусе расположены параллельно друг другу. Затвор состоит из двух дисков, которые в положении «закрыто» при помощи специального клинового грибка прижимаются к сёдлам, перекрывая проход рабочей среде через корпус.

3.3.3. Шиберная задвижка

Является однодисковой разновидностью параллельной задвижки, в которой затвор называется шиберным односторонним. Такие задвижки применяются в тех случаях, когда допускается одностороннее направление потока рабочей среды и не требуется высокая герметичность запорного органа. Они предназначены для установки в качестве запорных устройств на трубопроводах, транспортирующих канализационные стоки, шламы, пульпы и другие, загрязнённые механическими примесями среды. Иногда затвор выполняется ножевым для разрушения частиц в рабочей среде, в этом случае задвижки называются шиберными ножевыми.

Рисунок 13. Чертёж шланговой задвижки в разрезе.

3.3.4 Шланговая задвижка

Задвижки с таким запорным органом принципиально отличаются от других конструкций. Корпус не имеет сёдел, а затвор — уплотнительных поверхностей. Проход среды ведётся через эластичный шланг (патрубок), вставленный в корпус и полностью изолирующий металлические детали конструкции от рабочей среды. Для перекрытия прохода шланг полностью пережимается под воздействием шпинделя (штока), поэтому такие устройства называются шланговыми, задвижками их назвали потому, что шпиндель для управления арматурой перемещается перпендикулярно к оси прохода среды, то есть работает по принципу задвижки.
Шланговые задвижки предназначены для трубопроводов, транспортирующих вязкие, пульпообразные и другие подобные среды, а также слабоагрессивные и агрессивные жидкости. Шланги изготавливают из различных марок резин, которые обеспечивают работу задвижек при давлениях до 1,6 МПа и температурах до 110 °C.

Расположение ходового узла

Большое значение для работы и области применения задвижек имеет расположение ходового узла — резьбового соединения шпиндель-гайка. Он может быть расположен внутри задвижки в рабочей среде или вне полости корпуса.

3.3.5 Задвижка с выдвижным шпинделем.

В такой конструкции резьба шпинделя и ходовая гайка расположены снаружи корпуса арматуры. Шпиндель нижним концом соединён с затвором и при вращении ходовой гайки для открытия задвижки совершает вместе с затвором только поступательное перемещение, при этом верхний конец шпинделя выдвигается на величину хода затвора. Для возможности перемещения шпинделя ходовая гайка поднята над верхней частью крышки (то есть над сальником) примерно на величину хода затвора в конструкции, которую называют бугельным узлом.

Достоинствами такой конструкции являются отсутствие вредного воздействия рабочей среды на ходовой узел и свободный доступ для его технического обслуживания, а следовательно меньший износ сальникового уплотнения и более высокая надёжность резьбовой пары и сальника.

Недостатком таких задвижек является увеличение строительной высоты и массы за счёт выхода шпинделя из крышки не менее, чем на диаметр прохода и необходимость по этой причине при монтаже оставлять свободное место для выхода шпинделя.

3.3.6. Задвижка с не выдвижным шпинделем.

В этом случае ходовая резьба находится внутри полости задвижки и при открывании шпиндель не выдвигается из крышки, сохраняя своё первоначальное положение по высоте. Ходовая гайка в этих задвижках соединена с затвором и при вращении шпинделя для открытия прохода как бы наворачивается на него, увлекая за собой затвор. В задвижках с не выдвижным шпинделем ходовой узел погружён в рабочую среду и поэтому подвержен действию коррозии и абразивных частиц в рабочей среде, к нему закрыт доступ и отсутствует возможность технического обслуживания во время эксплуатации, что приводит к снижению надёжности работы ходового и сальникового узлов.
В связи с этим такие задвижки имеют ограниченное применение — для трубопроводов, транспортирующих минеральные масла, нефть, воду, не засорённую твёрдыми примесями и не имеющими коррозионных свойств. Поскольку в задвижках с не выдвижным шпинделем затруднены наблюдение и уход за ходовым узлом, они не рекомендуются для ответственных объектов.

Достоинством такой конструкции является меньшая строительная высота, что делает целесообразным их применение для подземных коммуникаций, колодцев, нефтяных скважин и т.д.

Материалы и способы изготовления

Уплотнительные поверхности задвижек изготавливаются без колец, с кольцами из латуни, фторопласта, с наплавкой из коррозионностойкой стали, из резины (в клиновых задвижках ей может покрываться клин, а в шланговых из неё изготавливается пережимной шланг).

Задвижки с корпусами из чугуна и алюминиевого сплава выполняются при помощи литья. Этим же способом изготавливаются и стальные задвижки, но некоторые из них, а также задвижки из титановых сплавов изготавливаются методом сварки заготовок, полученных штамповкой из листового проката. Такие задвижки называют штампосварными. По своим характеристикам, эксплуатационным и прочностным, они не уступают литым задвижкам, а наоборот, детали корпусов и крышек таких задвижек изготавливаются из материала более прочного и тщательно проконтролированного, качество которого выше, чем литьё. При этом технология сварки и методы контроля сварных соединений обеспечивают высокое качество корпусных деталей, позволяющее применять такие задвижки на ответственных объектах, включая атомную энергетику.

3.4 Дисковый затвор (заслонка)

Дисковый затвор — тип трубопроводной арматуры, в котором запирающий или регулирующий элемент имеет форму диска, поворачивающегося вокруг оси, перпендикулярной или расположенной под углом к направлению потока рабочей среды. Также эти устройства называют заслонками, поворотными затворами, герметичными клапанами, гермоклапанами. Наиболее часто такая арматура применяется при больших диаметрах трубопроводов, малых давлениях среды и пониженных требованиях к герметичности рабочего органа, в основном в качестве запорной арматуры.

В дисковых затворах запирающий элемент, то есть затвор, имеет форму диска, который может перекрывать проход рабочей среде через кольцевое седло в корпусе путём поворота (как правило, на 90°) затвора вокруг оси, перпендикулярной направлению потока среды, при этом ось вращения диска может являться его собственной осью (осевые дисковые затворы) или же не совпадать с осью (эксцентриковые дисковые затворы). В связи с некоторой схожестью формы затвора с бабочкой, в англоязычных странах дисковые затворы носят название butterfly valve.

• для систем водо- и теплоснабжения;
• вентиляции и кондиционирования;
• газоснабжения и газораспределения;
• на спец. среды (абразивные среды, слабоагрессивные среды, бензин, морская вода и т.д.);
• для систем пожаротушения.

Достоинства и недостатки.

Дисковые затворы, как и шаровые краны, являются одними из самых современных и прогрессивных типов арматуры, обладающий многими важными достоинствами, среди которых:

• малые строительные длина и масса;
• простота конструкции, малое число деталей;
• относительная простота ремонта, возможность быстрой замены элементов уплотнения;
• возможность применения для больших диаметров трубопроводов.

Но имеются и недостатки, например:

• в положении «открыто» диск располагается в проходе корпуса, что ухудшает гидравлические характеристики и делает весьма затруднённой очистку трубопровода при помощи механических устройств;
• относительно небольшие (у кранов шаровых и задвижек моменты еще больше) крутящие моменты для управления затворами;
• Класс герметичности «А» достигается не только на затворах с мягким седловым уплотнением, современные затворы с ламинарным уплотнением «металл по металлу» также имеют класс герметичности «А», в том числе при тестировании газом.

Устройство и принцип действия

Рис. 14. Небольшой затвор с плоским диском.

Дисковый затвор представляет собой короткий цилиндрический корпус (1), через который протекает рабочая среда. Внутри корпуса расположена подвижная часть, диск (3), имеющий возможность вращаться вокруг своей оси и таким способом, прижимаясь к уплотнительной поверхности корпуса (2), которая на поясняющем изображении выполнена с резиновым уплотнительным кольцом, перекрывать проход рабочей среды.

Типы дисковых затворов:

• поворотный, тип butterfly;
• поворотный затвор с двойным эксцентриситетом (2-х эксцентриковый);
• 3-х эксцентриковый дисковый поворотный затвор;
• 4-х эксцентриковый дисковый поворотный затвор.

Различия в конструкциях.

Затвором (подвижной частью запорного органа) этих устройств может быть плоский диск или двояковыпуклый (линзовый), чечевичного сечения.
Конструкция дисковых затворов даёт возможность применения их на различных рабочих средах с обеспечением защиты от коррозии повышенного износа внутренних поверхностей корпуса и диска, для чего используются различные способы. Самым простым из них является изготовление этих деталей из нержавеющих сталей с уплотнением резиновым кольцом (если защита не требуется, детали изготавливаются из углеродистой или легированной стали, корпуса также из чугуна). Существуют также конструкции, внутренние полости которых защищены химически- и износостойкими покрытиями в виде эластомерных или резиновых вкладышей в корпусе и резиновых или полимерных покрытий диска, что заменяет собой дополнительные прокладки.

Присоединение затвора к трубопроводу чаще всего стяжное, то есть отверстия по краю корпуса арматуры пронизывают шпильки от одного фланца трубопровода до другого, что идеально подходит к конструкции устройства, в редких случаях затворы изготавливаются с собственными фланцами для соединения с обратными фланцами трубопровода.

Управление дисковыми затворами сходно с управлением шаровыми кранами, так как эти типы арматуры требуют для полного открытия поворота запирающего элемента на 90°. Оно осуществляется вручную (на больших диаметрах с маховиком и редуктором, или механизировано, с помощью однооборотных или (для больших диаметров) многооборотных электроприводов, а также поршневых пневмо- и гидроприводов. Разновидностью дисковых затворов являются герметичные клапаны, применяемые для установки на трубопроводы малых диаметров для небольших давлений и на воздуховоды, также с небольшими давлениями.

4. Разновидности арматуры по присоединению

Трубопроводная арматура фланцевая, муфтовая, цапковая, штуцерная, под приварку.
Один из весомых поводов для классификации ─ это способ присоединения арматуры к трубопроводу, емкости или оборудованию.
Если в основу классификации положить конструктивное исполнение частей, отвечающих за присоединение, то множество технических устройств, объединенных термином «трубопроводная арматура», распадется на два больших подмножества с говорящими названиями ─ арматура трубопроводная фланцевая и бесфланцевая арматура. Прочность и герметичность присоединения первой обеспечивает наличие фланцев; присоединение второй осуществляется без их помощи. В состав «отряда» бесфланцевой арматуры входят муфтовая, цапковая, штуцерная арматура, арматура под приварку и некоторые другие.

При делении трубопроводной арматуры по способу присоединения можно исходить и из другого признака: какое ─ разъемное или неразъемное ─ соединение образуется. В этом случае почти в одиночестве (есть еще присоединение пайкой) оказывается образующая неразъемные соединения арматура под приварку. Все остальные соединения─ разъемные. Значительная часть из них ─ муфтовые, штуцерные, цапковые ─ являются резьбовыми.

4.1 Фланцевое соединение арматуры

Рисунок 14. Фланцевое соединение арматуры

Соединения с применением фланцев широко применяются в различных направлениях технологий. Повсеместное распространение получило фланцевое соединение трубопроводов и арматуры.
Слово «фланец» пришло в русский язык из немецкого языка вместе с самим фланцем, а не было присвоено на основании каких-то аналогий. В немецком существительное Flansch обозначает ровно то же самое, что и производное от него русское слово «фланец», ─ плоскую металлическую пластину на конце трубы с отверстиями для резьбового крепежа (болтов или шпилек с гайками). Привычнее, когда эта пластина круглая, но одним диском форма фланцев не ограничивается. Используются, например, квадратные и треугольные фланцы. Но круглые изготовить легче, поэтому применение прямоугольных или треугольных фланцев можно оправдать действительно весомыми причинами.

Материал, типы и особенности конструкции фланцев определяются условным диаметром, давлением рабочей среды и целым рядом других факторов.
Для изготовления фланцев трубопроводной арматуры используют серый и ковкий чугун, разные сорта стали.

Фланцы из ковкого чугуна рассчитаны на более высокое давление и широкий диапазон температур, чем фланцы, сделанные из серого чугуна. Еще более стойкими к воздействию этих факторов являются литые стальные фланцы. Стальные приварные, столь же легко перенося высокие температуры, уступают литым фланцам в максимально допустимом давлении.
Особенностями конструкции фланцев может быть наличие выступов, фасок, шипов, кольцевых выборок и т. д.

Распространенность фланцевых соединений трубопроводной арматуры обусловлена множеством присущих им достоинств. Самое очевидное из них ─ возможность многократного монтажа и демонтажа. Соблазн добавить к существительному «монтаж» прилагательное «легкий» несколько убавляется, если вспомнить о том, сколько болтов потребуется открутить и закрутить при разборке и стыковке фланцев больших диаметров (фланцевые соединения обычно используют при диаметре труб от 50 мм). Хотя и в этом случае трудоемкость монтажных работ не выйдет за пределы разумного.

Фланцевые соединения отличаются прочностью и надежностью, что позволяет использовать их для комплектации трубопроводных систем, работающих под высоким давлением. При соблюдении ряда условий фланцевые соединения обеспечивают очень хорошую герметичность. Для этого стыкуемые фланцы должны иметь аналогичные, не выходящие за рамки допустимой погрешности, присоединительные размеры. Еще одно из условий ─ обязательная периодическая подтяжка стыков, позволяющая поддерживать на должном уровне «хватку» болтовых соединений. Это особенно важно при постоянном воздействии на них механических вибраций или наличии существенных колебаний температуры и влажности окружающей среды. И чем больше диаметр трубопровода, тем это актуальнее, ведь по мере его увеличения усилие на фланцы возрастает. Герметичность фланцевых соединений во многом зависит от уплотнительной способности устанавливаемых между фланцами прокладок.

Нельзя сбрасывать со счетов деформации. Причем фланцы, выполненные из разных материалов, подвержены им в неодинаковой степени, поэтому материал, из которого он сделан, является важнейшим параметром фланца. Так, пластичные стальные фланцы деформируются легче, чем выполненные из более хрупкого, но при этом гораздо лучше держащего форму чугуна.
Недостатки фланцевой арматуры являются продолжением ее достоинств. Высокая прочность оборачивается значительными габаритными размерами и массой, которые, в свою очередь, означают повышенный расход металла (при изготовлении фланцев крупных размеров приходится использовать толстый металлический лист или круглые профили большого диаметра) и трудоемкость производства.

4.2 Арматура под приварку

Рисунок 15. Соединение крана под приварку.

К приварке арматуры прибегают, когда надежность и герметичность других видов соединений признается неудовлетворительной. Особенно востребована сварка при устройстве трубопроводных систем, в которых рабочей средой являются токсичные, ядовитые или радиоактивные жидкости и газы. В этом случае сварочное соединение, при правильном исполнении обеспечивающее 100%-ую герметичность, может оказаться оптимальным, а зачастую и единственно приемлемым решением. Важно только, чтобы такой участок системы не нуждался в частом демонтаже оборудования, выполнение которого всякий раз будет приводить к полному разрушению сварных соединений.

Благодаря сварке, объединяющей фрагменты трубопроводной системы в единое целое, удается обеспечить гармонию, или, говоря техническим языком, структурное соответствие между всеми ее элементами ─ трубами и трубопроводной арматурой. Главное, чтобы из-за различий механических свойств сварного соединения и других составляющих трубопроводной системы оно не стало ее слабым звеном.

Сварные соединения могут быть выполнены в раструб и встык. В первом случае сварочный шов располагается на внешней стороне трубы. Такой вариант обычно используется для стальной арматуры сравнительно небольшого диаметра, монтируемой в трубопроводах, работающих при высоком давлении и температуре рабочей среды.
Сварка внахлест (внахлестку; сварка нахлесточных соединений) представляет собой такой сварочный процесс, при котором соединяются два (возможно и большее их количество) листа путем полного либо частичного наложения одного на другой.

Рисунок 16. Запорный клапан с соединением под приварку «встык»-слева,«внахлест»- справа.

Во втором случае соединение может дополняться подкладным кольцом, исключающим перекос соединяемых деталей. Именно такие, отличающиеся надежностью и абсолютной герметичностью соединения используются при монтаже трубопроводных систем опасных производственных объектов, например, энергоблоков атомных электростанций.
Важными достоинствами сварных соединений, особенно по сравнению с фланцевыми, являются минимальный вес, компактность и экономия пространства.

При выполнении приварки трубопроводной арматуры к трубопроводу или емкости в обязательном порядке необходимо разобрать изделие, так как металл при сварке нагревается, что может привести к расплавлению полимерных уплотнителей.

Еще один способ присоединения арматуры ─ пайка, которую применяют для медных труб с небольшим диаметром. Конец трубопровода, обработанный припоем, вставляется в выполненную в патрубке проточку.

4.3 Резьбовая арматура.

Резьбовая арматура делится на муфтовую и штуцерную.

4.3.1 Муфтовая арматура.

Рисунок 17. Кран с муфтовым присоединением

Одним из наиболее распространенных в технике, является муфтовое соединение арматуры. Муфтовая арматура- это арматура, имеющая присоединительные патрубки с внутренней резьбой.
Его применяют для различных типов арматуры малого и среднего диаметра, работающих при низких и средних давлениях, корпус которых изготовлен из чугуна или сплавов цветных металлов. Если давление высокое, то предпочтительнее использовать цапковую арматуру.

В присоединительных патрубках муфтовой арматуры резьба находится с внутренней стороны. Как правило, это трубная резьба ─ дюймовая резьба с мелким шагом. Ее формируют различными способами ─ накаткой, нарезкой, штамповкой. Важно, что при мелком шаге резьбы высота зубьев не зависит от диаметра трубопровода. Снаружи присоединительные концы оформляют в виде шестигранника, чтобы было удобно пользоваться ключом.

Слово «муфта» пришло в русский язык из немецкого, а, возможно, из голландского языка, где mouw означает рукав. Муфта, как и клапан, — пример того, как портняжное дело и производство трубопроводной арматуры используют каждый в своей специальной терминологии одинаковые по звучанию, но несущие разную смысловую нагрузку слова. В технике муфтой называют не рукав, а короткую металлическую трубку, внутри которого происходит процесс транспортировки рабочей среды.

Мелкая резьба муфтового соединения плюс использование специальных вязких смазок, льняных прядей или фторопластового уплотнительного материала (ленты ФУМ) гарантируют его высокую герметичность. Муфтовое соединение не требует использования дополнительных крепежных деталей (например, болтов или шпилек, как во фланцевом соединении). Но нельзя не учитывать, что наворачивание муфты на резьбу с уплотнением требует немалых усилий, тем больших, чем больше диаметр трубопровода.

4.3.2 Штуцерная арматура.

Рисунок 18. Штуцерная арматура.

Штуцерная арматура — это арматура, имеющая присоединительные патрубки с внешней резьбой. В этом и есть отличие от муфтовой арматуры.
Немецкое происхождение термина «штуцер» от глагола stutzen (подрезать, нарезать) выдает даже его звучание. Так из-за наличия нарезного ствола именовали использовавшиеся для вооружения армий вплоть до XIX столетия мушкеты. В современной технике это существительное применяется для определения короткого отрезка трубы (другими словами ─ втулки) с резьбой на обоих концах, служащего для присоединения труб и трубопроводной арматуры к агрегатам, установкам и резервуарам. В штуцерном соединении присоединительный конец арматуры с наружной резьбой посредством накидной гайки подтягивается к трубопроводу. Его используют для арматуры малого и сверхмалого (с номинальным диаметром до 5,0 мм) диаметров. Как правило, это лабораторная или иная специальная арматура. Например, редукторы, устанавливаемые на баллонах со сжатым газом. С помощью штуцерного соединения в трубопроводные сети «вживляются» различные контрольно-измерительные приборы (КИП), монтируются испарители, термостаты, многие виды оборудования, входящие в состав технологических линий химического производства.

4.4 Цапковая арматура

Рисунок 18. Арматура с цапковым соединением.

Термин «цапковое соединение» вошел в широкий обиход в конце XIX столетия. Его главные атрибуты для трубопроводной арматуры ─ присоединительные патрубки с наружной резьбой и наличия буртика. Конец трубопровода с буртиком накидной гайкой прижимается к торцу патрубка арматуры. Цапковое соединение используется для арматуры высокого давления небольших размеров, в частности, приборов КИП. Оно эффективно при ввинчивании арматуры в корпус сосудов, аппаратов, установок или машин. Его герметичность обеспечивается наличием прокладок и специальными смазками.

Всем резьбовым соединениям свойственны такие достоинства как минимальное количество присоединительных элементов, малая металлоемкость и, соответственно, небольшая масса, технологичность. Эффективный монтаж резьбовых соединений требует совпадения внутренней и наружной резьбы, использование мягких или вязких материалов для уплотнения. Но при этом следует учитывать, что нарезка резьбы уменьшает толщину стенки трубы, поэтому такой тип соединения плохо подходит для тонкостенных труб.

Функциональные возможности, работоспособность и надежность трубопроводной системы определяется не только параметрами входящей в ее состав арматуры, но и тем, насколько качественно выполнено соединение арматуры, выбору и выполнению которого всегда следует уделять повышенное внимание.

Источник https://masterfibre03.ru/otoplenie-i-radiatory/zapornaya-armatura-eto.html

Источник https://predklapan.ru/blog/zapornaya-armatura

Источник

Источник