Запорная арматура: виды, применение, стандартизация

Запорная арматура — это подвид трубопроводной арматуры, предназначенной для управления потоками рабочих сред в трубопроводах с помощью изменения площади проходного сечения. Под управлением понимается распределение и регулирование рабочих сред, а также их отключение и смешивание.

Виды запорной арматуры

Шаровый кран

Кран - это запорная арматура, в которой подвижная деталь затвора имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потока рабочей среды и его перекрытия, вращается вокруг своей оси, произвольно расположенной к направлению потока рабочей среды. Устройство запорной арматуры имеет две основные детали - неподвижную (корпус) и вращающуюся (пробку). В зависимости от геометрической формы уплотнительной поверхности затвора краны разделяются на три основных типа:

 конический;

 цилиндрический;

 шаровые (сферический).

Рис.1 — Кран шаровый из нержавеющей стали REON тип RSV42 

В зависимости от характера движения пробки различают краны с вращением пробки без подъема и с подъемом (отжимом) пробки перед поворотом и последующим опусканием (прижимом) после поворота.

По наличию или отсутствию сужения прохода шаровые краны бывают полнопроходные и суженные. По форме прохода краны могут быть с круглым, прямоугольным, трапецеидальным и овальным проходами.

По материалу корпуса или пробки различают краны бронзовые, латунные, цинково-алюминиевые, чугунные, стальные, титановые, пластмассовые, керамические, графитовые и др.

По материалу уплотнительных поверхностей краны бывают с металлическими, пластмассовыми, графитовыми и резиновыми седлами или гнездами.

По конструкции корпуса различают краны с разъемом параллельным, перпендикулярным или наклонным к оси трубопровода и с цельным корпусом (без разъема). По типу управления и привода краны могут быть с ручным управлением, с гидравлическим, пневматическим или электрическим приводом.

По направлению потока и числу патрубков различают краны проходные, угловые, трехходовые и многоходовые.

Краны применяются как для жидких сред, практически почти с любыми свойствами, так и для газообразных. Запорные краны, в основном, используются на магистральных трубопроводах, транспортирующих природный газ и нефть, а также в системах городского и коммунального хозяйства.

Достоинства кранов: малое время открытия и закрытия, низкое гидравлическое сопротивление, небольшая высота и строительная длина, простота конструкции, компактность, возможность предохранения уплотняющих поверхностей корпуса и пробки от воздействия протекающей среды при открытом положении крана и возможность применения смазки уплотняющих поверхностей, так как уплотняющие поверхности корпуса и пробки соприкасаются постоянно.

Недостатки кранов: большие крутящие моменты, необходимые для управления, необходимость применения (для некоторых разновидностей) неметаллических уплотнительных элементов, относительная сложность процесса притирки пробки к корпусу крана, сравнительно быстрый износ и потеря плотности конусного соединения в связи с большим трением соприкасающихся поверхностей при повороте пробки при разнице в величине пути трения для верхней и нижней части пробки.

Задвижка

Задвижка – это один из видов запорной арматуры для трубопроводов, в котором запорный или регулирующий орган перемещается возвратнопоступательно перпендикулярно оси потока рабочей среды. В настоящее время имеется большое разнообразие конструкций задвижек, которые можно подразделить по различным признакам на группы. Задвижки обычно изготовляются полнопроходными, т.е. диаметры отверстий в проходах задвижки не сужаются. В некоторых случаях, с целью экономии места при монтаже и с целью уменьшения усилий и моментов, необходимых для управления, применяются суженные задвижки, у которых диаметры отверстий в корпусе сужаются. Большое значение для работы задвижек имеет расположение резьбы шпинделя и ходовой гайки. По этому признаку задвижки можно подразделить на задвижки с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Нормальная работа резьбовой пары шпиндель - ходовая гайка может протекать лишь в чистой среде, не коррозирующей и не засоренной твердыми примесями, поэтому задвижки с невыдвижным шпинделем имеют ограниченное применение в средах: чистая вода, масло и некоторые другие. Установка запорной арматуры (задвижки) должна быть обусловлена технической необходимостью перекрытия потока.

В зависимости от уплотняющих колец (седла) в корпусе задвижки можно разделить на параллельные и клиновые. Клиновые задвижки в свою очередь подразделяются на задвижки с цельным клином и задвижки клиновые двухдисковые, у которых клин образуется двумя дисками, расположенными под углом. Применение цельного диска создает жесткую и надежную конструкцию, но жесткость клина, полезная для обеспечения надежной плотности замка, создает при колебаниях температуры опасность заклинивания клина со всеми вытекающими отсюда последствиями из-за невозможности открыть задвижку. В задвижке с двухдисковым клином вероятность заклинивания значительно меньше. Цельный клин в задвижке лучше направляется, чем двухдисковый, что является ценным качеством.

Задвижки изготовляются из чугуна, стали, сплавов цветных металлов и из пластмасс. Задвижки большого прохода для малых давлений иногда изготовляются сварными. Запорная арматура давление которой во время эксплуатации превосходит 0,1 МПа, требует повышения прочностных характеристик. Для увеличения жесткости крышек, плоских и овальных корпусов конструкции снабжаются ребрами жесткости, задвижки с круглым корпусом ребер жесткости не имеют. Допускаемые напряжения сжатия для чугуна значительно больше допускаемых напряжений растяжения, поэтому чугунные задвижки с внутренними ребрами при тех же размерах и условиях работы прочнее, чем с наружными ребрами; в силу этого, чугунные задвижки стараются снабжать вдоль длинной стенки ребрами, расположенными внутри. Для стальных задвижек расположение ребер снаружи или внутри равнозначно, поэтому их чаще всего выполняют с наружными ребрами, изготовление которых проще. Ребрами жесткости снабжаются также диски и клинья больших задвижек.

Рис. 2 — Задвижка чугунная с обрезиненным клином REON тип RSV04

В задвижках используется ручной привод, электрический, а так же находят применение поршневые гидравлические и пневматические приводы. Для уменьшения крутящего момента на маховике ручного управления используют редуктор с червячной передачей или редуктор с зубчатой конической передачей. При наличии электро-или гидропривода задвижки снабжаются ручным дублером управления для того, чтобы работа запорной арматуры, не зависела от отсутствия электрического тока или давления в системе для управления задвижкой.

Положительными качествами задвижек является сравнительная простота конструкций и малое гидравлическое сопротивление. У задвижек коэффициент гидравлического сопротивления находится обычно в пределах С, = 0,08-0,2, в то время как у вентилей он составляет С, = 3-5 и более. Малое гидравлическое сопротивление задвижек делает их особенно ценными, например, для трубопроводов, через которые постоянно движется среда с большой скоростью.

Недостатком задвижек является их относительно большая высота. В тех случаях, когда затвор арматуры должен быть закрыт, а открывание производится редко, в целях экономии места при Dy <100 мм используются вентили.

Вентили

Вентиль - промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий орган перемещается возвратнопоступательно параллельно оси потока рабочей среды. Вентиль представляет собой клапан со шпинделем, ввинчиваемым в резьбу неподвижной ходовой гайки, расположенной в крышке или бугеле. Применение резьбы, обладающей свойствами самоторможения, позволяет оставлять тарелку клапана в любом положении с уверенностью, что это положение сохранится и не будет самопроизвольно изменяться под действием давления среды. Использование резьбы позволяет применять малые усилия на маховике для управления вентилем.

Рис. 3 — Вентиль запорный фланцевый с сильфонным уплотнением REON тип RSV17

Вентиль отличается простотой конструкции и создает хорошие условия для обеспечения надежной плотности при закрытом положении затвора. В силу этих причин вентили получили очень широкое распространение, главным образом в запорной арматуре. Они используются как запорная арматура для отопления и других высокотемпературных сред. Вентили в промышленности наиболее широко используются на трубопроводах малого диаметра и по мере увеличения условного диаметра трубопровода, начиная с Dy = 50 мм, уступают место задвижкам. Вентили рекомендуется применять для трубопроводов диаметром до 50 мм; при большем диаметре они могут быть использованы, если гидравлическое сопротивление запорного устройства не имеет существенного значения; применение запорной арматуры в качестве регулирующей (дросселирующей) запрещается. Положительным качеством вентиля является сравнительно небольшой ход тарелки, необходимый для полного открытия вентиля. Для этой цели тарелку вентиля достаточно поднять на 1/4 диаметра отверстия в седле, тогда как для открытия задвижки необходимо клин или диск переместить на величину, равную диаметру отверстия, т. е. в четыре раза больше. Поэтому вентиль имеет значительно меньшую габаритную высоту, чем задвижка того же диаметра, но строительная длина его (расстояние между наружными торцами проходных фланцев вентиля) больше, чем в задвижке, причем, с увеличением диаметра прохода эта разница увеличивается.

Дисковый поворотный затвор

Затворы. По своей конструкции заслонка представляет собой короткий отрезок трубы с затвором в виде диска, поворачивающимся вокруг оси, расположенной перпендикулярно к оси прохода . Затвор (диск) может быть плоским или двояковыпуклым (линзовым) – чечевичного сечения. Для герметизации запорного органа применяются металлические или мягкие (резина, фторопласт) уплотнительные кольца. Заслонки могут использоваться как запорная и как запорно регулирующая арматура. Серийно заслонки выпускаются для трубопроводов с условными диаметрами прохода от 50 до 2400 мм и более. Они используются как запорная арматура для водопровода, так и запорная арматура для отопления. Для того чтобы обеспечить достаточную герметичность запорного органа, применяются уплотнительные резиновые соединения, а так же смещают ось вращения диска, используют диск диаметром большим, чем диаметр проходного отверстия в корпусе. В последнем случае закрытое положение запорного органа создается при положении диска под некоторым углом к поперечному сечению корпуса.

Рис.4. — Затвор чугунный межфланцевый REON тип RSV37

Управление заслонками может осуществляться вручную, с использованием электро-, пневмо- или гидропривода. В производственных условиях возможно отключение внешнего источника энергии (электроэнергии, давления пневматики или гидравлики), поэтому для управления заслонкой обязательно предусматривается ручной дублер.

Достоинствами затворов являются: минимальная строительная длина, малые масса и металлоемкость, простота конструкции, малое число деталей, относительно низкая стоимость. Эти преимущества по отношению к другим типам запорной арматуры возрастают с увеличением условного диаметра.

Недостатками затворов являются пониженная герметичность запорного органа и большие крутящие моменты на валу, необходимые для управления заслонками с большими условными диаметрами прохода при значительных перепадах давления на затворе. Это вынуждает применять в ряде случаев поршневые гидроприводы. В последнее время затворы получают все большее применение в широком диапазоне давлений и температур рабочей среды, когда к герметичности запорного органа не предъявляются высокие требования. Затворы применяются как с горизонтальной, так и с вертикальной осью поворота затвора. Помимо круглых заслонок существуют заслонки с затвором прямоугольной формы и многостворчатые. Последние представляют собой ряд прямоугольных затворов, поворачивающейся вокруг своей оси.

Стандартизация запорной арматуры

Основные параметры всех типов запорной арматуры регламентированы ГОСТом, поэтому при изготовлении на корпусы устройств наносят соответствующую маркировку. Цифровое и/или буквенное обозначение может содержать информацию о заводе изготовителе, материале изделия, диаметре условного прохода, допустимых рабочих параметрах и т. д. Качество запорной арматуры определяется ГОСТ и другими стандартами при производстве. Маркировка ускоряет процесс выбора, а стандартизация размеров упрощает монтаж.

Применение запорной арматуры

Элементы запорной арматуры используются в инженерных системах общетехнического назначения и для работы в специальных условиях. Допускается монтаж на трубопроводы со следующими типами рабочей среды:

• водой;
• паром;
• газами;
• нефтью и нефтепродуктами;
• химическими веществами, в том числе агрессивными (специальное исполнение).

Основными сферами применения являются предприятия жилищно-коммунального комплекса, энергосистемы, химическая, пищевая промышленность, сельское хозяйство, горнодобывающая, металлургическая, другие структуры.