Трубопроводные задвижки: особенности, виды и маркировки

Виды задвижек на трубопроводы

Задвижки на трубопроводах различаются по многим характеристикам, которые включают:

1. Конструкции: различные формы и типы затворов (клиновидные, шиберные, дисковые и т.д.).
2. Типу привода: ручной, механический, электрический, пневматический, гидравлический.
3. Материалу основных деталей: корпуса, шпинделя и т.д. (черная сталь, нержавеющий сплав, алюминий, чугун и т.д.).
4. Габаритам изделия: размеры и вес.
5. Типу подсоединения к трубе: фланец, муфта, сварка и т.д., присоединительные размеры.
6. Условиям эксплуатации: рабочая среда (агрессивные химические вещества, морская вода и т.д.), рабочая температура.
7. Климатическим условиям: морозостойкость, влагостойкость и т.д.
8. Классу герметичности: требования к уровню утечек.
9. Конструкции клинового затвора: простой или сложный затвор.
10. Проходному диаметру Ду: размер трубопровода, через который проходит среда.
11. Виду и характеру уплотнительных поверхностей: материалы и типы уплотнений (О-образные, T-образные, резиновые и т.д.).
12. Максимальному давлению в системе: рабочее давление, которое может выдерживать задвижка.

Основные элементы конструкции

1. Металлический корпус с крышкой: основной элемент задвижки, устанавливаемый в магистральную линию. Изготавливаются из черной стали, нержавеющего сплава, алюминия, чугуна и даже латуни. Крышка необходима для регулировки положения запорного узла.

2. Запорный механизм: может иметь форму клина, шибера или диска, выпускается из металла и дополняется уплотнениями из эластичных материалов, повышающими герметичность системы.

3. Приводной механизм: управляет движением заслонки. Различают:

   • Ручную арматуру с маховиком (на выдвижном или невыдвижном штоке).
   • Автоматическую с механическим редуктором или электро-, пневмо-, гидроприводом.

Выбор подходящей задвижки зависит от конкретных требований производства, включая условия эксплуатации, рабочие параметры и необходимые уровни герметичности.

Типы задвижек по шпиндельному узлу

Задвижки могут быть разделены на два основных типа по конструкции шпиндельного узла: с выдвижным шпинделем и с невыдвижным шпинделем. Каждый тип имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

Задвижки с выдвижным шпинделем

Описание:
Задвижки с выдвижным шпинделем имеют шпиндель, который выходит за пределы корпуса при открытии заслонки. Шпиндель перемещается вверх и вниз, что позволяет полностью перекрыть или открыть поток рабочей среды.

Преимущества:

• Защита шпинделя: Шпиндель не контактирует с рабочей средой, что увеличивает срок службы узла, повышает его коррозионную стойкость и ремонтопригодность.
• Легкий доступ для обслуживания: Возможность легко контролировать и обслуживать сальниковый узел без необходимости демонтажа задвижки.

Недостатки:

• Большая строительная высота: Шпиндель выходит за пределы корпуса, что увеличивает высоту задвижки и требует больше пространства для установки.
• Большая масса: За счёт выдвижного шпинделя задвижки становятся более массивными, что может создавать трудности при монтаже и эксплуатации.

Применение:
Задвижки с выдвижным шпинделем широко используются в системах, где рабочая среда агрессивна или имеет высокую температуру, что требует защиты шпинделя от воздействия среды.

Задвижки с невыдвижным шпинделем

Описание:
Задвижки с невыдвижным шпинделем имеют ходовой узел, помещенный внутрь корпуса. Шпиндель вращается вокруг своей оси, а приводная гайка устанавливается в клиновом затворе. При этом шпиндель остается внутри корпуса, что приводит к непосредственному контакту рабочей среды с элементами шпиндельного узла.

Преимущества:

• Малая строительная высота: Шпиндель не выходит за пределы корпуса, что позволяет устанавливать задвижку в ограниченных пространствах и труднодоступных местах.
• Компактность: Задвижки с невыдвижным шпинделем легче и компактнее, что облегчает их монтаж и эксплуатацию.

Недостатки:

• Контакт с рабочей средой: Шпиндель и сальниковый узел находятся в постоянном контакте с рабочей средой, что может привести к коррозии, износу и утечкам.
• Сложный ремонт: Для контроля состояния сальникового узла и проведения ремонта необходимо демонтировать и разбирать задвижку, что усложняет обслуживание.

Принцип работы

1. Задвижки с выдвижным шпинделем:

   • Поступательные движения: Шпиндель совершает поступательные движения вверх и вниз, что позволяет полностью перекрыть или открыть поток рабочей среды. При открытии заслонки шпиндель выходит из задвижки на длину, большую диаметра трубы.

2. Задвижки с невыдвижным шпинделем:

   • Вращательные движения: Шпиндель вращается вокруг своей оси, а приводная гайка, установленная в клиновом затворе, перемещает затвор вверх и вниз. Шпиндель остаётся внутри корпуса, что обеспечивает компактность и меньшую высоту задвижки.

Виды задвижек по монтажу на трубе

Существуют приварные изделия, у которых имеются патрубки с разделанными кромками под сварку. По своему диаметру они равны Ду трубопровода. Врезка производится с помощью аргонодуговой сварки.

Фланцевый тип подсоединения — наиболее распространенный способ монтажа задвижек на трубе. У таких изделий есть фланцы на концах патрубков. Это позволяет создавать разъёмное соединение с ответными фланцами трубопровода, обеспечивая оперативный монтаж/демонтаж задвижек.

Виды трубопроводных задвижек по конструкции затвора

Клиновые задвижки

Клиновые задвижки — это тип трубопроводной арматуры, использующий клинообразный запорный элемент, расположенный между двумя наклонными поверхностями. Перпендикулярное перемещение клина по отношению к оси шпинделя обеспечивает перекрытие потока рабочей среды.

Существуют различные типы клиновых задвижек, классифицируемые по жесткости клина:

• С жестким клином:

  • Простая конструкция и высокая надежность.
  • Высокая герметичность, но требует точной подгонки клина и уплотнений.
  • Риск заклинивания из-за температурных перепадов.
  • Быстрый износ уплотнений и сложный ремонт.

• Двухдисковые:

  • Сложная конструкция с двумя дисками, расположенными под углом и соединенными разжимным элементом.
  • Самовыравнивание при примыкании к седлам, исключая заклинивание.
  • Повышенная герметичность.
  • Высокая стоимость, но долгий рабочий ресурс и минимальный износ уплотнений.

• С упругим клином (вариант двухдисковых):

  • Разделенный привод с деформируемым пружинящим элементом.
  • Повышенная герметичность за счет возможности перемещения уплотнений под углом.
  • Не требует подгонки и не заклиняет при температурных перепадах.
  • Быстрый износ клина.

Важно:

• Клиновые задвижки подходят для применения при повышенных перепадах давления.
• Выдвижной шпиндель и кольцевые уплотнения обеспечивают дополнительную герметизацию в двухклиновых моделях.

Шиберные задвижки

Шиберные задвижки характеризуются параллельным расположением дискового затвора и седла.
Принцип работы: шиберный механизм опускается под действием давления, надежно перекрывая условный проход.

Преимущества:

• Простая конструкция.
• Легкость обслуживания и ремонта.
• Подходят для систем с низкими требованиями к герметичности.
• Эффективны в канализационных трубопроводах и пульпопроводах.

Шланговые задвижки

Шланговые задвижки предназначены для трубопроводов с небольшим диаметром (Ду) и имеют уникальную конструкцию запорного узла без уплотнительных седел.

Затвор представляет собой гибкий шланг, пережимаемый с помощью штока.

Преимущества:

Используются в пульпопроводах и системах с большим содержанием примесей и шлама.

Стойкость к коррозии.

Подходят для переноса вязкой и химически агрессивной среды.

Виды задвижек по материалу корпуса

Задвижки изготавливаются из черной и нержавеющей стали, алюминия и чугуна. Рассмотрим конструкцию арматуры на наиболее популярных моделях.

Стальная задвижка 30с41нж

Сначала необходимо разобраться в маркировке (согласно ГОСТ 466-75):

• «30» — указание, что перед нами задвижка.
• «с» — материал корпуса, в нашем случае — сталь.
• «41» — тип арматуры с ручным приводом. (Если перед «41» стояла цифра «5», то речь бы шла об управлении редуктором, «9» — электроприводом).
• «нж» — вид уплотнений на дисках клина и поверхностях седла. Нержавеющая сталь.

Перейдем к основным материалам изготовления ДСЕ.

• Крышка и корпус изготовлены методом литья из углеродистой стали.
• Материал шпинделя — сталь 20Х13.
• Диск и маховик также изготовлены из углеродистой стали.
• Приводная гайка — латунная. Наиболее распространенный вариант — ЛС59-1. Этот материал отличается повышенной сопротивляемостью механическим повреждениям при трении.
• Уплотнения клина — сталь 13Х25Т. Этот материал имеет в составе много хрома, отличается износостойкостью и устойчивостью к коррозии. Титан повышает срок эксплуатации изделия.
• Уплотнения на кольцах корпуса — сталь 08Х21Н10Гб. Этот материал имеет в составе 10% никеля и 20% хрома. Узел отличается высокой износостойкостью.

Помимо вышеупомянутых материалов, задвижки 20с41нж комплектуются сальниковым уплотнением из терморасширенного графита (ТРГ). Этот материал выпускается в форме шнура или кольца. Он устанавливается в системе, препятствуя проходу рабочей среды через сальник.

Существует несколько вариаций ТРГ, применяемых в трубопроводной арматуре:

• ТРГ-100Л — материал, армированный лавсановой нитью.
• ТРГ-100ЛФ — с армированием лавсановой нитью и дополнительной фторопластовой пропиткой.
• ТРГ-101Н — армирование нержавеющей проволокой.
• ТРГ-102С — армирование стеклонитью.

ТРГ обеспечивает повышенную герметичность изделия, благодаря своим химико-физическим свойствам и способности не менять конфигурацию под воздействием температуры.

Задвижки из стали используются везде в магистральных и промышленных трубопроводах, переносящих воду, газ, нефтепродукты, нефть, химические вещества и иные среды, к которым материал элементов задвижки коррозионно-стоек. Некоторые модели оборудования могут применяться для транспортировки пара или морской воды.

Уплотнения наносятся на поверхности клина и корпуса с помощью лазерной наплавки или дуговой сварки. Оба этих метода предполагают смешивание наплавляемого материала с материалом основы при высокой температуре. После наплавки требуется выполнить ручную или автоматическую шабровку для выведения геометрических параметров клинового узла, подгонки элементов системы друг под друга. Это необходимо для увеличения класса герметичности арматуры.

Чугунная задвижка 30ч39р

Этот тип трубопроводной запорной арматуры изготавливается из серого или ковкого чугуна. Их применяют для переноса жидкой среды и газа в магистральных системах.

Основные материалы узлов:

• Корпус, крышка и клин — серый чугун.
• Шпиндель — сталь 20Х13.
• Приводная втулка — латунь, бронза.

Клиновое уплотнение изготавливается из эластичного материала EPDM (этиленпропиленовый каучук). Он отличается повышенными физико-химическими свойствами, благодаря которым затвор практически не разрушается под воздействием механических нагрузок. Он обладает коррозионной стойкостью, способностью сохранять геометрию при высокой температуре.

Другой вариант — фторкаучук (используется в кислых средах) иди кремнийорганические соединения (если существует риск больших перепадов температуры).

Эксплуатационные параметры задвижек

Основные технические характеристики изделий:

• диаметр условного прохода (Ду) — от Ду16 до Ду1400 мм;
• номинальное давление в системе (Pn) — от 6 до 40 Мпа;
• класс герметичности (ГОСТ 9544) — А, АА, В, С;
• вид подсоединения — фланцевое, муфтовое, «под приварку»;
• климатическое исполнение. Стальные изделия — Т1, ТпУ1, Ц1, ХЛ1, УХЛ1. Чугунная арматура — У, Т, УХЛ, ОМ;
• направление потока среды;
• вид проводного механизма — ручной привод, механический редуктор, электропривод.

Задвижка подбирается исходя из условий эксплуатации и агрессивности рабочей среды. Для этого нужно обратить внимание на материал узлов — они должны обладать коррозионной стойкостью в этой рабочей среде.

Преимущества задвижек

Этот вид запорной арматуры имеет множество достоинств. Они отличаются:

• Простой конструкцией.
• Хорошими техническими характеристиками, зависящими от материала изготовления и конструктивных особенностей.
• Универсальностью использования. Их применяют во всех типах трубопроводных систем — на технических, промышленных, магистральных линиях. Они работают со всеми средами, в зависимости от материала.
• Высокими гидравлическими характеристиками. Задвижки выбираются по Ду трубопровода. Плавное перемещение затвора при перекрытии потока исключает возникновение гидравлического удара в системе. При этом конструктивные особенности запорного узла обеспечивают повышенную герметичность элемента.
• Возможностью реверсировать поток в обратную сторону.
• Длительным сроком службы. Все задвижки изготавливаются для конкретных условий рабочей среды и рассчитаны на продолжительный срок эксплуатации. Внутренние элементы узлов изготавливаются из коррозионно-стойких марок стали.

К недостаткам задвижек можно отнести увеличение строительной высоты трубопроводной линии. Также они характеризуются большой скоростью износа уплотнений, необходимостью периодического обслуживания арматуры. Если изделия имеют невыдвижной шпиндель, то ремонт будет более трудоемким. Еще один недостаток — закрытие и открытие прохода среды не мгновенное.

Правила монтажа задвижек на трубопроводе

Монтаж задвижек на магистральные и промышленные трубопроводы должен выполняться только квалифицированными специалистами с соответствующим допуском. Соблюдение правил монтажа, зависящих от типа и назначения задвижек, является критически важным для обеспечения надежности и безопасности системы.

Основные правила включают:

1. Безопасность: Монтаж должен производиться при отсутствии рабочей среды в трубопроводе.
2. Подготовка поверхности: Необходимо тщательно очистить место монтажа труб от загрязнений, окалины и налета.
3. Проверка качества: Перед монтажем следует проверить качество фланцевого соединения на наличие трещин, сколов, царапин и других дефектов.
4. Расположение: Задвижки следует устанавливать на прямолинейных участках трубопровода, чтобы избежать перекосов и изгибов, которые могут привести к напряжениям и протечкам. Тяжелые узлы требуют установки на жесткие опоры.
5. Обращение с арматурой: При установке нельзя прикладывать чрезмерные усилия к маховикам, так как это может привести к повреждению узла и появлению трещин.
6. Защита от повреждений: Задвижки не должны падать или подвергаться механическим повреждениям и ударам во время монтажа.
7. Соблюдение инструкций производителя: Важно следовать рекомендациям и инструкциям производителя задвижки, которые могут включать специфические требования по монтажу и настройке.
8. Проверка герметичности: После установки и до запуска системы в эксплуатацию необходимо проверить герметичность соединения задвижки с трубопроводом.