Запорная арматура ( Задвижки )

Сферы применения фланцевых задвижек

энергетические объекты.
нефтегазовая отрасль;
пищевая промышленность;
химическая отрасль;
системы пожаротушения;
жилищно-коммунальные системы водо- и газоснабжения;

Принцип работы и элементы конструкции

Конструкция детали состоит из корпуса и крышки, которые образуют рабочую полость. В ней находится затвор и через нее проходит транспортируемый продукт.

В состав данного элемента арматуры также входят:

седла (параллельные или под углом);
диск;
крепежные единицы (болты, гайки);
прокладка;
маховик;
шпиндель.

Чтобы автоматизировать и упростить процесс управления, дополнительно устанавливается гидро-, пневмо- или электропривод.

Рис. 1 Автоматизация управления

Запорный орган можно разделить на типы, в зависимости от того, какой шпиндель присутствует в конструкции:

Выдвижной. Сам шпиндель находится над корпусом, поэтому легко снимается, разбирается и ремонтируется. Однако монтировать его следует так, чтобы рабочее место над штурвалом было равно высоте задвижки, так как он настолько далеко может выдвигаться.
Невыдвижной. Устройство находится внутри корпуса, поэтому обслуживание и ремонт такого шпинделя – хлопотное и трудное мероприятие.

Примером задвижек стальных с выдвижным шпинделем может служить задвижка 30с41нж. В данном случае узел не контактирует с рабочей средой, а также его можно свободно обслуживать и ремонтировать, не перекрывая поток. Минус такого прибора только один – он требует много места, чтобы шпиндель мог свободно перемещаться. Поэтому приходится оставлять свободной большую высоту для такой модели.

В зависимости от вида затвора запорная арматура бывает следующих видов:

Клиновая. Затвором выступает клин с определенным углом наклона.
Параллельная. Затворное устройство представляет собой две параллельные пластины.

При этом кардинальных отличий в принципе работы что клиновых, что параллельных устройств нет:

При открытом положении затвора через корпус свободно пропускается рабочий поток транспортируемого вещества
Если начинать вращать шпиндель – затвор совершает поступательный движения.
Движение затвора происходит перпендикулярно потоку, вследствие чего уменьшается просвет прохода вещества в корпусе.
Сталкиваясь с препятствием на своем пути, рабочий поток начинает снижать скорость и уменьшать объем вещества, проникающего при этом в трубопровод.
Когда рабочий проход закрывается до упора - происходит блокировка движения вещества по трубе.

Более подробно рассмотрим клиновый затвор:

Упругий. Это гибкий и эластичный обрезиненный затвор, которые чаще всего используется, так как герметичнее всего перекрывает поток.
Дисковой. Прочный, однако имеющий более компактную конструкцию, а потому и более применяемый на практике.
Упругий. Это гибкий и эластичный обрезиненный затвор, которые чаще всего используется, так как герметичнее всего перекрывает поток.
Жесткий. Отличается прочной конструкций, но зато и требованиями относительно чистоты обработки и подгонки деталей. Поэтому их сегмент не так велик среди общего ряда выпускаемых задвижек..

По типу соединения их можно разделить на сварные или фланцевые. Первая – соединяется с трубой методом сварки, вторая – при помощи болтового соединения, а значит, она может быть демонтирована и использована повторно.

Свойства

Такой металл как сталь легко поддается механической обработке, вследствие этого они пластичнее и при этом крепче чугунных. Для изготовления запорной арматуры используется сталь, представляющая собой сплав железа с низким процентом углерода в составе.

Рис.2 Продукция с номинальным диаметром (Ду) 250 мм.

Одним из ключевых свойств является устойчивость к воздействию высокотемпературных режимов.

Однако недостатки у данных конструкций также есть. Это подверженность коррозии. Поэтому их либо используют в системах с наименее агрессивной рабочей средой, которая способствует образованию ржавчины в меньшей степени), либо выбирают маркировку нержавеющей стали, которую можно использовать даже в агрессивной рабочей среде.

Общие свойства, для стальных моделей:

гидравлическое сопротивление в условиях открытого прохода;
отсутствие поворотов потока транспортируемого вещества;
возможность эксплуатации в условиях транспортировки потоков среды большой вязкости;
легкость повседневного обслуживания и ремонта;
сравнительно небольшие габариты;
возможность поступления рабочей среды в любом из направлений.

Однако есть и нюансы их применения, которые тоже можно отнести к свойствам:

невозможность использования в магистралях, где рабочей средой выступает вещество с кристаллизирующимися включениями;
относительно небольшой допустимый перепад давлений на затворе (если сравнить с вентилем);
небольшая скорость движения затвора;
риски получения гидравлического удара в конце хода;
большая высота, необходимая для откручивания шпинделя;
сложности ремонта уплотнительных поверхностей затвора в процессе использования.

Но несмотря на это они остаются одними из наиболее массово используемых видов запорной арматуры.

Технические характеристики

Благодаря своим характеристикам, отличаются такими свойствами:

прочностью;
коррозионностойкостью;
твердостью;
жаропрочностью;
устойчивостью к любым климатическим условиям.

В зависимости от особенностей климатической обстановки необходимо выбирать соответствующую маркировку стальных задвижек.

Запорная к арматура выдерживает:

температуру от -60 до +565 С;
давление от 0,16 до 25 Мпа.

Арматура изготавливается по ГОСТам и ТУ в зависимости от отраслей. Они регламентируют размеры, технические требования, ограничения по эксплуатации.

Вес продукта прямопропорционален его ду (диаметру условному): чем он больше, тем больше масса. При этом даже независимо от диаметра арматура из стали по весу все равно меньше чугунной. Также она способна выдерживать большее давление, а ходовым артикулом среди линейного ряда является модель с показателем давления ру16.

Рис. 3 Маркировка трубопроводной арматуры

При изучении ассортимента пользователь может столкнуться с целым рядом малопонятных сокращений и обозначений. Остановимся на этом подробнее.

DN — номинальный диаметр. Числовое выражение внутреннего диаметра, о котором шла речь выше. Значение DN (Ду) было введено для унификации типоразмеров, не имеет единицы измерения и приблизительно равно внутреннему диаметру присоединяемой трубы.
PN — номинальное давление. Номинальное значение давления транспортируемой среды с температурным показателем 20°C, в условиях которого возможна стабильная работа и обеспечивается указанный срок эксплуатации. Альтернативным обозначением PN на постсоветском пространстве было и остается значение Ру.
Pпр — пробное давление. Избыточное давление, при котором задвижка испытывается на плотность и прочность при температуре от 5 до 70°C, если в паспорте или нормативной документации не говорится о других показателях температуры для эксперимента.
Pр — рабочее давление. Это избыточное давление, при котором гарантируется стабильная работа в заданном режиме с учётом температуры транспортируемой среды. Это показатель, как правило, меньше значения PN, поэтому эксплуатация при рабочей температуре и номинальном давлении среды — запрещено.
Kvs — коэффициент пропускной способности. Отражает водорасход в м³/ч с текущим температурным показателем в 20°C. В таких условиях потери напора в задвижке составляют 1 бар. Этот коэффициент используют при гидравлическом расчете, чтобы определить общие потери напора.

Класс герметичности — показывает значение допустимой протечки при закрытом затворе в условиях атмосферного давления с одной стороны и давлением транспортируемой среды в 1,1*PN - с другой. При этом во время испытательных процедур температура жидкости должна составлять от 5 до 40°C.

Классы герметичности по ГОСТу выглядят следующим образом:

Класс	Значение
А	Отсутствует протечка
В	не более 0,0006*DN(мм) см³/мин
С	до 0,0018*DN(мм) см³/мин
D	не больше чем 0,006*DN(мм) см³/мин

Маркировка стали

ст.20	Характеризуется повышенной твердостью, способностью выдерживать сверхкритические параметры пара.
9г2с	Может использоваться в холодном и умеренно-холодном климате, морозоустойчивая марка, переносит критические перепады температур.
12х18н10т	Нержавейка, обладает коррозиостойкостью. Выдерживает транспортировку агрессивных сред с температурой до +350⁰C.
20юч	Отличается повышенной устойчивостью к высокоагрессивным средам.

Материалы фланцевых изделий

Материалами выступают сталь и чугун. При этом распространение получила сталь, благодаря своим техническим характеристикам.

Сталь. Достоинствами этого металла является одновременная прочность и легкость. Она легче чугуна, но при этом лучше справляется не только с внутренними, но и с внешними нагрузками.
Чугун. Арматура из чугуна тяжелее и менее «вынослива». Однако и чугунный образец имеет свою специфику и сферу применения. Изделия из чугуна характеризуются малым гидравлическим сопротивлением, они используются для транспортировки вязких веществ.

Внешние отличия этих двух материалов:

Стальной экземпляр отличается гладкой ровной поверхностью. На ней нет трещит, вмятин, выпуклостей, задир и плен. Рядом с корпусом на трубе могут быть следы сварки, если монтаж осуществлялся именно этим методом.
Чугунные изделия производятся методом литья, из-за чего его стенки всегда шероховатые.

По своей конструкции и принципу работы оба типа задвижек устроены одинаково:

одинаково передвигается затвор перпендикулярно потоку;
доступны модели с выдвижным невыдвижным шпинделем;
условный проход по диаметру совпадает;
могут управляться как дистанционном, так и вручную.

Различием является допустимое рабочее давление.

Рис. 4. Задвижки с рабочим давлением ру16

Если говорить о чугунных задвижках, то их значения давления, 1,0 МПа (10 кг/см2) - 1,6 МПа(16 кг/см2)

У стали эти показатели гораздо выше - до 1,6 МПа (16 кг/см2), 2,5 МПа (25 кг/см2) и 6,4 МПа (64 кг/см2).

Согласно ГОСТу, есть сферы, в которых использование чугунных задвижек запрещено. Например, магистральные тепловые сети.

Для повышения коррозийной стойкости уплотнительных мест задвижек, при их изготовлении используют нержавейку, а также сорта стали, устойчивые к коррозионным процессам.

Способы управления

Открытие и закрытие выполняется штурвалом или приводом.

Управление рулевым или сегментным штурвалом еще называется ручным управлением, так как для регулировки не нужны никакие механизмы – достаточно приложить физическую силу человека (открутить или закрутить).

Рис. 5 Задвижка без привода

В базовой комплектации арматуру продаются без приводов – их докупают отдельно для автоматизации системы.

Для удобства в эксплуатации, на практике часто автоматизируют управление задвижками. Это осуществляется с помощью механических или более сложных их видов – пневматических и электрических – приводов.

Пневматика устанавливается на задвижках с большим ДУ, а электрические приводы могут перекрывать потоки на любых, в том числе – самых маленьких задвижках.

Рабочие среды

Для каждой модели предусмотрена своя рабочая среда, которая удовлетворяет технологичным нормам. Однако если описывать в целом, в условиях какой среды их можно эксплуатировать, то в обобщенном виде их перечень выглядит следующим образом:

вода;
пар;
масло;
нефть;
природный газ;
жидкие неагрессивные нефтепродукты;
неагрессивные жидкие и газообразные среды.

Кстати, такая рабочая среда как и вода требует уточнения. Одни предназначены для эксплуатации с критическими температурами, например, в отопительных системах, а другие – нет.

Температурные режимы

Температуры, при которых в нормальном режиме могут эксплуатироваться задвижки, зависят от того, из какого материала они выполнены:

Углеродистая сталь. Металл маркировки 35Л, 25Л, 20Л (модели 30с64нж, 30с41нж, 30с15нж), используется с неагрессивными средами (пар, вода, нефть и нефтепродукты, природный газ). При этом необходимо придерживаться определенной температуры окружающей среды – от −40°С — +40°С, а температура внутри трубопровода – от − 40°С до +425°С
Легированная сталь. Продукция из такого металла еще называются «холодные», так как их установка допускается даже на Крайнем Севере, где температура воздуха достигает показателя −60 °С. К такому типу относятся запирающие устройства следующих маркировок - 30лс64нж, 30лс41нж, 30лс541нж. Внешне их можно отличить по тому, что их красят в синий цвет.
Нержавеющая сталь. Свойства нержавейки позволяют использовать ее для транспортировки агрессивных коррозийных сред и при температурных режимах от −60 °С — +525 °С.

Технология производства стальных задвижек

Штампосварные

Перед тем, как листы из стали будут подаваться на конвейер, их проверяют на гладкость поверхности и наличие ржавчины. Если что-либо обнаруживают – удаляют недостатки, и только после этого начинается штамповка.

Штампуют листы стали на специальном станке. По сути процесс представляет собой пластическую деформ

Фотографии

14 июня (14:33)