Виды задвижек | Устройство, классификации

Задвижка — это запорное арматурное устройство для трубопроводных систем. Характеристики этой арматуры позволяют применять ее для систем с разными видами перекачиваемых сред. В зависимости от материалов и конструктивных вариантов устройства задвижки могут эксплуатироваться в трубопроводных сетях с рабочим давлением до 25 МПа. При этом рабочая температура может достигать 565 °C.

Устройство задвижки – конструкция – зависит от её типа. Однако в любых модификациях она состоит из таких основных элементов:

• корпус с крышкой;
• запирающий элемент;
• резьбовая пара;
• сальник;
• элемент управления.

Основу конструкции составляют корпус с крышкой, формирующие полость, по которой перемещается рабочая среда. Внутри этой полости расположен запирающий элемент, который перемещается перпендикулярно потоку рабочей среды. При опускании он перекрывает поток, а при подъеме — открывает. В корпусе имеются седла с уплотнительными поверхностями к которым прижимается запирающий элемент при закрывании, что обеспечивает герметичность перекрытия потока.

Привод затвора осуществляется от элемента управления. Обычно в качестве такого элемента используется маховик, который вручную вращается пользователем. В трубопроводных сетях с высоким рабочим давлением, большим диаметром прохода для управления требуется значительное усилие, устанавливают модели с механическим редуктором, электрическим, гидравлическим, пневматическим приводом. Вращательные движения элемента управления в поступательное перемещение преобразует резьбовая пара (шпиндель (шток) и ходовая гайка). На выходе штока из корпуса установлено сальниковое уплотнение, которое обеспечивает герметичность по шпинделю, предотвращая утечку рабочей среды из арматурного устройства.

Задвижки устанавливают в трубопроводных системах большинства отраслей. В том числе их используют в коммунальных трубопроводах систем водоснабжения, теплоснабжения, в пожарных и других трубопроводах. Кроме этого, запорную арматуру этого типа применяют в промышленных трубопроводах, транспортирующих любые виды жидких и газообразных сред, неагрессивных к материалам устройства. Специальные нефтяные задвижки применяют на нефтепроводах, трубопроводах нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности.

Трубопроводные задвижки поставляются заказчику в заводской таре с паспортом, который обязательно должен содержать отметку ОТК о прохождении выходного контроля. В заводской упаковке арматура доставляется к месту монтажа или постоянного хранения. Требованиям по транспортировке и хранению устанавливаются положениями ГОСТ 15 150–69.

При перевозке тара с арматурой обязательно должна быть надежно зафиксирована в грузовом отсеке транспортного средства, в вагоне, контейнере. При проведении погрузочно-разгрузочных работ не допускается кантование ящиков с арматурой, их нельзя бросать, переворачивать. Обращаться с тарой необходимо так, чтобы не допустить повреждения запорной арматуры.

При продолжительном хранении принимаются меры по консервации изделия в соответствии с положениями стандарта ГОСТ 9.014−78. Хранение разрешается в заводской упаковке. Если нет заводской тары, то хранить арматурное устройство можно в упаковке из аналогичных материалов подходящего размера. При постановке на хранение запирающий элемент арматурного устройства необходимо опустить в положение «закрыто», а на патрубки присоединения к трубопроводу поставить заглушки. Задвижки, поставленные на длительное хранение, необходимо регулярно смазывать с периодичностью не реже одного раза в 6 месяцев.

В зависимости от типа используемого привода задвижки бывают:

• ручные;
• с редуктором;
• с электроприводом.

Тип привода определяет удобство работы с арматурой, возможность автоматизации или дистанционного управления.

В устройствах этого типа органом управления задвижкой является маховик, который необходимо вручную вращать для открывания или закрывания потока рабочей среды. Такие модели распространены для оснащения трубопроводов небольшого диаметра с относительно низким рабочим давление транспортируемой среды. При этих условиях для подъема или опускания затвора не требуется большое усилие — достаточно мускульной силы оператора.

Модели этого типа применяют при сравнительно высоком рабочем давлении в трубе, при котором для управления задвижкой требуется прикладывать значительное усилие. Для упрощения работы оператора предусмотрен промежуточный передаточный механизм — редуктор. Оператор поворачивает штурвал, от которого приводится редуктор, передающий вращение на шток задвижки. Такой принцип позволяет уменьшить усилие, необходимое для открытия или закрытия потока рабочей среды.

В трубопроводных задвижках этого типа привод штока осуществляется от электродвигателя через специальный редуктор. Это позволяет использовать арматуру на трубопроводах большого диаметра с высоким рабочим давлением. Для таких систем ручное управление оказывается невозможным из-за слишком большого усилия, которое требуется для поворота штурвала. Электрический привод позволяет решить эту проблему. Кроме этого, электропривод дает возможность использовать автоматику или аппаратуру дистанционного управления.

Реже задвижки работают от гидравлического или пневматического привода. Обычно такую арматуру устанавливают в тех случаях, когда использование электродвигателя не допускается по требования пожарной или взрывобезопасности.

Еще один важный критерий — это тип шпинделя трубопроводной арматуры. По этому параметру бывает задвижка с выдвижным и невыдвижным шпинделем.

Выдвижной шпиндель — это шток, который выведен за пределы полости корпуса задвижки и не контактирует с рабочей средой. Его нижний конец соединен с затвором и при вращении ходовой гайки совершает вместе с ним поступательное перемещение. Во время открывания верхний конец шпинделя выдвигается из корпуса. Он поднимается на расстояние, соответствующее величине хода затвора.

Поскольку в задвижках с выдвижным шпинделем детали резьбовой пары не контактируют с рабочей средой, такую арматуру можно использовать на трубопроводах, по которым транспортируются агрессивные жидкости или газы. Выдвижная конструкция обеспечивает повышенную стойкость к коррозии, лучшую ремонтопригодность. При этом увеличивается строительная высота изделия. Соответственно, требуются большие габариты узла установки арматуры. В то же время увеличенная строительная высота может быть плюсом. Она упрощает доступ для управления задвижкой, установленной, например, в колодце. К минусам такой арматуры также относится сравнительно большой вес.

В моделях этого типа ходовая гайка и шпиндель расположены в полости задвижки. Шпиндель при открывании не выдвигается из корпуса. Ходовая гайка непосредственно соединена с затвором. Поэтому во время вращения шпинделя она накручивается на него, поднимая затвор. Такой принцип действия позволяет обеспечить открытие-закрытие условного прохода без поступательного перемещения штока. Поскольку шпиндель не выдвигается из корпуса, для контроля положения затвора предусмотрен специальный указатель на крышке.

Задвижки с невыдвижным шпинделем отличаются небольшой строительной высотой. Компактные размеры упрощают монтаж такой арматуры, в том числе в стесненных условиях. Конструкция задвижек этого типа отличается меньшим весом. Минус моделей этого типа в том, что детали резьбовой пары контактируют с рабочей средой. Поэтому их сфера применения ограничена трубопроводами, транспортирующими неагрессивные жидкости.

Еще один ключевой конструктивный параметр — материал, из которого изготовлен корпус и крышка задвижки. По этому параметру выделяют арматуру таких типов:

• чугунные;
• стальные;
• пластиковые.

Материал корпусных деталей определяет сферу применения и условия эксплуатации арматурного устройства.

Важный конструктивный и функциональный параметр, характеризующий запорную арматуру, — тип затвора. По этому критерию выделяют такие типы:

• клиновая;
• шиберная;
• дисковая.

В клиновых задвижках затвор имеет клиновидную форму. В закрытом состоянии он размещается между двумя наклонными поверхностями седла с уплотнениями. В этом положении клин полностью перекрывает проходной диаметр. Для открытия потока он поднимается вверх при вращении шпинделя.
Клиновая задвижка по типу затвора подразделяется:

• с жестким клином;
• с двухдисковым клином;
• с упругим клином.

В моделях с жестким клином клиновидный запирающий элемент перемещается по направляющим в полости корпуса и прижимается к поверхностям седла. К минусам этого типа относят достаточно быстрый износ уплотнительных элементов, возможность заклинивания при температурных колебаниях.
Двухдисковый клин состоит из двух дисков, которые жестко соединены друг с другом под углом, соответствующим углу между поверхностями седел. Для таких моделей не требуется точная подгонка клина к седлу, поскольку при опускании затвора его элементы «самоустанавливаются». Это повышает устойчивость задвижки к износу, улучшает стойкость к заклиниванию, обеспечивает лучшую герметичность.
Упругий клин тоже состоит из двух дисков, расположенных под углом. Однако они соединены не жестко, а с помощью упругого элемента. Такой клин отличается простой конструкцией, не требующей точной подгонки. Исключается заклинивание запирающего элемента при колебаниях температуры. Минус этих моделей — меньшая стойкость к износу.

Шиберная, или ножевая задвижка имеет затвор в форме плоского диска, который опускается и поднимается по направляющим, соответственно закрывая или открывая проход. Это модели очень простой конструкции. Главный их плюс — способность работать с загрязненными средами с повышенным содержанием твердых частиц. При этом они отличаются невысокой степенью герметичности перекрытия потока. В связи с этими свойствами шиберные задвижки эксплуатируются на трубопроводах, которые транспортируют густые, загрязненные среды и не требуют высокой герметичности. Например, их ставят на пульпопроводах, канализационных трубопроводах.

Дисковые, или параллельные задвижки имеют конструкцию, схожую с устройством клиновых и шиберных моделей. Их затвор похож на двухдисковый клин, но имеет не клиновидную форму — диски расположены параллельно друг другу. При опускании затвора диски прижимаются специальным клиновидным грибком к уплотнительным поверхностям седел, обеспечивая герметичное перекрытие потока.

Задвижки выпускаются для монтажа и эксплуатации в определенных условиях. Поэтому выбор запорной арматуры должен производиться с учетом основных технических характеристик, к которым относятся такие параметры:

• класс герметичности;
• давление;
• температура рабочей среды;
• температура окружающей среды;
• способ монтажа.
• Рассмотрим основные технические параметры задвижек.

Класс герметичности — это один из главных параметров запорной арматуры. Он характеризует способность запирающего элемента обеспечивать герметичное перекрытие потока рабочей среды. Герметичность затвора определяют объемом рабочей среды, который может проникать через полностью перекрытый запирающий элемент при рабочем давлении в течение 1 минуты.

В зависимости от величины допустимых протечек действующей нормативной базой предусмотрено 4 класса герметичности, которые обозначаются буквами А, В, С и D. Самым высоким является класс герметичности A, при котором полностью исключаются протечки через закрытый затвор. К этому классу принадлежит наиболее надежная запорная арматура с максимальным сроком эксплуатации.

Начиная с класса B, допускаются протечки. Величина допустимых протечек увеличивается от класса B к D и зависит от диаметра условного прохода задвижки.

Наиболее высокий класс герметичности — «А» — означает полное отсутствие видимых протечек, т. е. для арматуры этого класса протечки среды через закрытый затвор при рабочем давлении не допускаются. Начиная с класса герметичности «В» стандартами допускается определенная величина протечки. Величина протечки нормируется ГОСТ 9544 в зависимости от диаметра арматуры и увеличивается от класса «В» к классу «D».

Выбор задвижек по классу герметичности осуществляется в соответствии с требованиями по этому параметру к конкретному трубопроводу.

Для запорной арматуры применяют три основных значения параметра давления:

• Номинальное, или условное, давление. Обозначается PN или Ру. Эта величина соответствует максимальному избыточному давлению рабочей среды в трубопроводе при температуре 20 °C, при котором поддерживается заявленный срок службы арматуры.
• Рабочее давление. Обозначается Pр. Это максимальное избыточное давление рабочей среды в трубопроводе при рабочей температуре, при котором поддерживается нормальный режим эксплуатации задвижки.
• Пробное давление. Обозначается Рпр. Это максимальное избыточное давление, при котором проводятся испытания задвижки на прочность и герметичность. Пробное давление определяется в соответствии с нормами ГОСТ 356–80. Его значение примерно в 1,5 раза больше рабочего давления.

Подбор задвижки осуществляется в соответствии с действующими для конкретной трубопроводной системы значениями номинального и рабочего давления.

Этот параметр определяет температурный диапазон транспортируемой по трубопроводу среды, при котором допускается эксплуатация арматурного устройства. Значения минимальных и максимальных температур зависят от материала корпусных элементов:

• для чугунных задвижек — от -50 до +90 °C при использовании уплотнительных элементов из EPDM, от -50 до +150 °C при использовании уплотнительных элементов из силикона или фтористой резины;
• для стальных задвижек — от -10 до +425 °C;
• для задвижек из легированной стали или нержавейки — от -40 до +550 °C.

При эксплуатации запорной арматуры при максимальной температуре рабочей среды обязательно предусматривается уменьшение рабочего давления.

Температура окружающей среды, при которой допускается эксплуатация задвижки, определяется климатическим исполнением устройства. Бывают такие климатические исполнения:

• Т1 — температура эксплуатации от -10 до +50 °C;
• ТпУ1 — температура эксплуатации от -29 до +40 °C;
• У1 — температура эксплуатации от -40 до +40 °C;
• ХЛ1 — температура эксплуатации от -60 до +40 °C.

Классификация климатических исполнений определяется положениями ГОСТа 15 150−69.

Для каждой модели трубопроводной задвижки техническим паспортом определяются требования по установке и подключению к трубопроводу.
По способу подсоединения к трубопроводу бывают такие основные виды задвижек:

• фланцевые — применяются соединения на фланцах;
• муфтовые — используются резьбовые соединения;
• под приварку — патрубки изделия привариваются к трубопроводу.

Соединение под приварку используется только для моделей запорной арматуры из стали.
Для стальных и чугунных задвижек, как правило, рекомендован монтаж с вертикальным положением шпинделя. При этом допускается отклонение положения шпинделя на угол до 90 ° в любую из сторон.
Кроме этого, при монтаже обязательно учитываются требования по расположению привода. Для моделей с ручным приводом и редуктором нет дополнительных ограничений. Для изделий с электрическим, гидро- или пневмоприводом могут устанавливаться дополнительные требования, которые указываются в техническом паспорте.