Какими бывают задвижки для трубопроводов, устройство и принцип работы

Принцип работы задвижки очень прост – затвор перемещается в одно из крайних положений при помощи воздействия оператора. Отсюда исходит высокая надежность и долговечность этого типа запорной арматуры. Но мало кто знает, что для достижения такой простоты в эксплуатации, целый ряд специалистов трудился не покладая рук. В процессе изготовления одной задвижки задействованы сталевары, литейщики, штамповщики, вальцовщики, токаря, инженеры-конструкторы. Каждая деталь выверяется до миллиметровой точности, чтобы не допустить аварий и остановки производства.

В этом обзоре вы познакомитесь с основными принципами изготовления задвижек. Какие металлы используются? Как наносятся уплотнительные поверхности? Из чего отливают корпуса? Из какой стали делают шток задвижки?

Как собирается клин и многое другое. Информация будет полезна как для главных технологов предприятий, так и для рабочего персонала, обслуживающего трубопроводные магистрали.

Область применения

Задвижки используют в качестве запорной и регулирующей поток арматуры в трубах, иногда с их помощью управляют объемом подачи за счет снижения условного диаметра прохода.

Задвижки редко применяются в быту, в основном они служат для регулировки водо- и газоснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве, в магистралях для транспортировки газа, нефти, пищевой и химической промышленности при подаче технологических компонентов в производственном процессе.

Запорные элементы используют на трубопроводах с большими условными диаметрами прохода, применяемые материалы изготовления – недорогие черные и цветные металлы в различных сочетаниях.

Рис.1 Задвижки для трубопроводов водоснабжения

Что такое задвижки: назначение и основные конструктивные элементы

Задвижкой называют вид трубопроводной арматуры, предназначенной для перекрытия или регулирования потока вещества, проходящего по магистрали. Они могут работать в среде с газообразными, сыпучими, жидкими веществами различной вязкости и химической активности.

Основными конструктивными элементами в системе задвижки любой конструкции являются:

• Корпус. Состоит из основной части и крышки, первая помещается непосредственно в магистраль, а вторая служит для крепления и управления перемещением запорного элемента. Корпус выполняют из металла: стальных сплавов, нержавейки, латуни, алюминия, ковкого чугуна, последний покрывают антикоррозионными слюдосодержащими красками или эпоксидными грунтовками.
• Запор. Элемент (заслонка) имеет конструктивное исполнение в виде металлического клина, шибера, диска или гибкой трубы из эластичных материалов, для повышения герметичности металл иногда покрывают резиной (эластомер). При перемещении узел плотно входит в профильное седло, расположенное в корпусе, и герметично перекрывает канал.
• Приводная система. Предназначена для управления перемещением заслонки в узле, представлена механическими конструкциями в виде маховика, перемещающегося на выдвижном или стационарном штоке, также используются пневматический, электрический и гидравлический приводы.

Рис. 2 Трубопроводные задвижки из стали – параметры по ГОСТ 9698-86

Спецификация материалов

Достоинства задвижек

Основные параметры задвижек регламентированы ГОСТ 9698-86, используемые в промышленности изделия имеют следующие особенности:

• Простота конструкции. Корпус состоит из основной части, помещаемой в линию посредством фланцевого или муфтового резьбового (для малых диаметров) соединения, его крышка крепится гайками или болтами — это упрощает процедуру установки, демонтажа и ремонта устройства.
• Высокие технические характеристики. Задвижная арматура в зависимости от назначения и условий эксплуатации выдерживает рабочую температуру от -60 до +565 С., давление от 0,16 до 25 Мпа. (1, 6 — 250 бар.) в стальных конструкциях. При этом предел давлений для чугуна составляет 25 бар., для изделий из цветных металлов — 40 бар.

Рис. 3 Запорная чугунная фланцевая арматура

• Универсальность. Устройства могут работать в магистралях любого назначения с высокой химической активностью передаваемых веществ, рассчитаны на использование в трубопроводах диаметров от 15 до 2000 мм.
• Высокие гидравлические характеристики. Задвижные устройства подбирают по внутреннему диаметру трубопроводов, имеющему стандартные значения, поэтому они не влияют на гидравлическое сопротивление в линии. Плавное перемещение заслонки при перекрытии потока транспортируемого вещества позволяет избежать гидравлического удара в системе. Конструкция задвижных элементов и корпусного седла рассчитана на создание высокой герметичности перекрываемого канала.
• Хорошая ремонтопригодность. Монтаж и ремонт арматуры и фитингов с задвижками легко провести при наличии простого инструмента и комплектующих — разводных сантехнических ключей, прокладок. Заслонки и прокладки в случае износа просто снять и поменять на новые.
• Длительный срок службы. Корпусные детали и затворы изготавливаются из прочных долговечных материалов, рассчитанных на использование в конкретной рабочей среде, внутренние заслонки делают из коррозионно-устойчивых металлов — это существенно увеличивает их эксплуатационный срок.

Особенности ремонта

С течением времени задвижка может потребовать проведения ремонтных работ, поскольку движущиеся детали механизма периодически приходят в негодность.

Почему задвижки выходят из строя

К основным причинам поломки относят:

1. Потерю герметичного соединения трубопровода с корпусной частью задвижки. Такой вид поломки возникает из-за нарушений технологии монтажа или деформирования уплотнителя.
2. Разгерметизацию между сальником и штоком. Причина поломки – износ сальника.
3. Потеря герметичности между заслонкой и корпусной частью. Причиной поломки такого типа является регулярный транзит загрязненных жидкостей. Частицы грязи оказывают пагубное воздействие на уплотнительные кольца, постепенно деформируя их. Также грязь может скапливаться на внутренних поверхностях механизма и препятствовать герметичному закрытию крышки. При наличии такого вида поломки потребуется полный демонтаж задвижки либо частичная разборка.

Рекомендуем ознакомиться: Как сделать котел для бани качественно своими руками?

Частичные ремонтные работы производятся после перекрытия трубопровода.

Затем необходимо снять крышку корпуса и разобрать крышку сальника.

Определить поломку и устранить ее.

Демонтаж устройства

Полный демонтаж задвижки осуществляют по такому плану:

1. Снять маховой элемент с ходовой гайкой.
2. Развинтить стопорные винты на корпусной крышке.
3. Демонтировать фланцевые соединения.
4. Убрать шток, почистить заслонку и седла.
5. Заменить уплотнительные элементы.

Повторную сборку отремонтированного механизма осуществляют в строгом обратном порядке.

Затем переходят к тестированию, для этого попробуют полностью перекрыть поток жидкости в трубопроводе, закрыв маховик до упора.

Минусы

При изготовлении запорной арматуры для удешевления часто используют чугун, подобные конструкции имеют следующие недостатки:

• Высокий вес задвижек затрудняет монтаж узлов при больших диаметрах трубопроводов — может понадобиться несколько рабочих или специальная подъемная техника для удержания массивной детали. К примеру, вес чугунного запора с условным проходом 1600 мм. Согласно ГОСТ 9698-86 составляет 10025 кг.
• Чугун относится к коррозионно неустойчивым материалам, со временем его внутренняя поверхность ржавеет, покрывается раковинами и известковым налетом — это приводит к нарушению герметизации при перекрытии потока.
• Еще к одним недостатком чугуна относится его хрупкость, приводящая к необратимой поломке изделия при сильных ударных воздействиях.
• Дешевое сальниковое уплотнение с набивкой, какое находит применение в бюджетных чугунных изделиях, не является достаточно герметичным по сравнению с современными торцевыми уплотнениями — в процессе его эксплуатации нередко возникают утечки транспортируемого вещества.

Рис. 5 Принцип работы затвора клинового типа

Задвижки для трубопроводов — виды и классификация

Задвижные узлы имеют разные конструктивные и физические параметры, по конструкции и классификации задвижек их подразделяют на следующие классы:

1. По технологии изготовления корпуса:

• Сварные.
• Литые — основной метод формообразования корпусов.
• Кованые или штампованные — технология применяется для создания высокопрочных корпусов, детали соединяются между собой сваркой.
• Комбинированные — производятся из кованых и штампованных деталей посредством сварки.

1. По типу уплотнения:

• Графитоармированные, жидкометаллические.
• Сальниковые — подвижной шпиндель или шток отделяется от рабочей среды сальниковой прокладкой, пропитанной маслом и сжатой накидной гайкой или специальной деталью – сальником.
• Сильфонные — герметичность достигается за счет использования гофрированных упругих оболочек из металлических и синтетических материалов.

Рис. 6 Разборка клиновидной системы (корпус, вид клина задвижки)

1. По типу передачи усилия к заслонке:

• Вращательное — применяется в ручных механических системах, где винтовой шпиндель перемещается за счет маховика.
• Поступательное — шток имеет цилиндрическую форму и перемещается за счет передачи ему усилия гидравлическим или электрическим способом.

1. По типу привода:

• Ручной — для передачи усилия используют маховик и шпиндель с резьбой.
• Электрический — управление задвижкой происходит перемещающимся шпинделем, который является якорем электрокатушки.
• Гидравлический — на подвижный шток с заслонкой, помещенный в герметичный цилиндр, оказывает давление гидравлическая жидкость.
• Пневматический — шпиндель передвигается за счет давления на его поверхность сжатого воздуха.

Рис. 7 Приводы

1. По конструктивному исполнению затворного узла:

• Клиновые. Затвор имеет клиновидную форму, при опускании располагается между двумя наклонными седельными поверхностями.
• Параллельные (одно- или двухдисковые, шиберные). Затворный элемент сделан в форме плоского диска или шибера, которые запирают канал, опускаясь в небольшие профильные углубления в корпусе.
• Шланговые. При работе системы затворный механизм сдавливает эластичный резиновый шланг, перекрывая тем самым канал движения вещества.
• Поворотные. Запорный элемент в виде диска располагается в канале трубы на его центральной линии, при работе он разворачивается вокруг центральной оси и перекрывает поток проходящего вещества.

Использование выдвижного штока

Такое оборудование позволяет полностью контролировать положение затвора уже на выдвинутом штоке в период его вращения. Перемещение происходит по принципу домкрата при вращающемся штурвале. Движение штока будет направлено вверх, утягивая за собой затвор, который будут проходить вдоль пластины внутрь корпуса в пространство под крышкой. При открытии вращение производится влево.

При закрытии движения должны происходить по часовой стрелке (вправо). Уплотнитель будет прижиматься при помощи крышки, которая делает упор на втулку, продетую в шток. При поджатии гаек, крышка упрется в нижнюю часть втулки, которая прижмет сальник штока.

Клиновые задвижки

Устройство задвижки данного типа представляет собой заслонку с расположенными под углом поверхностями, которая при отпускании располагается в клинообразном седельном гнезде.

Жесткий клин

Модель отличается невысокой стоимостью, простотой, жесткостью, надежностью и хорошими параметрами герметичности, при изготовлении требует использования высокоточного оборудования. Клин шарнирно подвешен к шпинделю, размещенному в верхней крышке, и опускается в канал по встроенным в корпус направляющим, система способна работать с большими перепадами давления. К недостаткам относится сложный ремонт и заклинивание при воздействии высоких температур в результате линейного расширения металла при нагревании.

Рис.8 Задвижки для трубопроводов клиновые — конструкция

Клин с двумя дисками

Клиновые задвижки для трубопроводов данного типа состоят из заслонки в виде двух размещенных под углом дисков с разжимной деталью между ними (имеет вид шарообразного грибка) — это позволяет ей самоустанавливаться, обеспечивая при этом высокую плотность перекрытия канала и исключая заклинивание.

Типы задвижек с двумя дисками имеют сложное конструктивное исполнение и соответственно дороги, их преимущества — малый износ затворных и седельных поверхностей за счет отсутствия контакта по пути перемещения, высокая степень герметизации, небольшое прилагаемое усилие для закрывания прохода.

Использование штоков

Телескопические штоки нужны для обслуживания и запуска задвижек, находящихся возле грунта. Они предназначены для закрытия и открытия затворов и задвижек при использовании технологии бесколодезной установки. Во многом благодаря используемой технологии устройство быстро подстраивается под глубину нахождения труб и начинает задвигать и выдвигать вал и тело штока.

Внутренняя часть стержня изготовлена из оцинкованной стали, а все остальные элементы из полиэтилена. Стандартных ключей регулирования будет достаточно для работы с коническим переходником. Необходимо устройство, в первую очередь, для регулирования арматуры запорного типа, которая устанавливается ниже уровня грунта и если точное расстояние между поверхностью земли и верхней части задвижки определить не удается. В этом случае проводится настройка при помощи удлиненного штока сразу после его монтажа.

Принцип работы устройства

Задвижка состоит из ряда деталей:

1. направляющий диск;
2. крышка;
3. узел сальника;
4. штурвал;
5. шток;
6. затвор;
7. корпус.

Принцип его работы можно сравнивать с домкратом. Перемещение устройства с затвором происходит при вращении штурвала влево. Направляющие диски находятся по обе стороны от затвора и запрессованы под углом в специальном гнезде. По форме напоминают клинья. Между направляющими дисками находится затвор. Таким образом получается полностью герметичная конструкция, в которую не проникает основной поток даже в условиях большой скорости или повышенного давления на рабочем участке. Исходя из способа перемещения, затвор клиновый может быть с невыдвижным и с выдвижным штоком.

Поворотные

Устройство такого типа называют дисковым поворотным затвором, при работе диск располагается в потоке вещества и перемещается по его направлению. Диски используются в системах с диаметром трубопроводов до 1200 мм. при температурах среды от -200 до +450 С. и давлении до 600 бар. Устройство имеет простую конструкцию, малые размер и массу, хорошо герметизирует перекрываемый канал, легко ремонтируется. К недостаткам относят высокое сопротивление потоку, работу только в одну сторону, невозможность использования в среде с повышенной вязкостью и загрязненностью.

Размеры

Параллельные (шиберные)

В шиберных задвижках устройствах поверхности седел и затворного диска параллельны, при опускании диск (шибер) герметично перекрывает проход за счет давления на его поверхность проводимой среды. К недостаткам относят большие энергозатраты на перемещение в результате трения уплотнительных колец седла и шибера на всем пути движения и соответственно повышенное истирание герметизирующих поверхностей. Используется при пониженных требованиях к герметичности, легко обслуживается и ремонтируется.

Рис.10 Шиберные параллельные задвижки

Шланговые

При транспортировке агрессивной химической среды в системе, задвижки должны иметь высокую защиту от коррозии — лучшим вариантом в этом случае является использование устройств шлангового типа. Узел имеет рабочий канал в виде эластичного гибкого шланга, который при перекрытии потока сжимается в средней части.

Рис. 11 Шланговый тип задвижки – принцип действия

Невыдвижной шток

По часовой стрелке необходимо вращать штурвал для открытия затвора. Таким образом происходит уменьшение длины штока путем удаления винтовой части внутри системы. Если использовать подобную модель, то можно с точностью определить местонахождение затвора в процессе вращения маховика.

Рекомендуется проверить количество (просчитать) число оборотов от положения «открыто» до «закрыто» еще до установки оборудования. Это сделает дальнейшее использование более удобным. Принцип работы такого типа задвижки напоминает работу съемника. Происходит ввинчивание оборудования в затвор, после чего он начинает входить по направляющим внутрь корпуса под крышку.

Маркировка

Маркировка задвижной трубопроводной арматуры регламентируется в соответствии с ГОСТ 4666-75, она выполняется на корпусе или табличке с указанием следующих данных:

• наименование предприятия;
• давление, температура;
• проходной диаметр;
• марка стали в случае использования материалов со специальными свойствами (повышенной коррозионной, температурной стойкостью);
• знак качества при его наличии.

Рис. 12 Примеры маркировки

Монтаж запорной арматуры в системах водоснабжения

Установка задвижки в магистральный трубопровод промышленного назначения проводится квалифицированными специалистами, при этом наиболее часто используется соединение элементов друг с другом с помощью фланцев. При проведении работ в водопроводной магистрали действуют, соблюдая следующие особенности установки:

1. Съем запорной арматуры водопровода проводят только при отсутствии рабочей жидкости в системе, при необходимости трубы в местах соединений защищают от грязи, окалины, известкового налета.
2. Перед монтажом запорной арматуры проверяют качество фланцев — фланцевая шайба не должна иметь трещин, царапин, выемок и прочих дефектов.
3. Запорная арматура водопровода размещается на строго прямолинейной части магистрали и ровных участках земной поверхности — это позволяет избежать чрезмерных напряжений в местах изгибов и перекосов, вызывающих протечки. При монтаже тяжелых узлов используют дополнительные жесткие опоры.
4. При эксплуатации не допускается прилагать чрезмерное усилие к маховикам, посредством которых приводятся в действие запорные заслонки — это может привести к поломкам и трещинам.
5. Монтаж следует проводить с обвязкой мягким стропом, избегая крепления за шток или штурвал и стараясь не повредить защитное покрытие — это приводит к преждевременной коррозии. Падение с высоты и механические удары недопустимы.

Рис. 13 Способы монтажа и настройки запорных устройств

Перед выбором запорной арматуры необходимо учитывать ее характеристики в соответствии с ГОСТ — наиболее высокими параметрами обладают стальные промышленные изделия. Для бытового использования подходят задвижные узлы для трубопроводов из цветных металлов — они имеют небольшие размеры условного прохода и доступный монтаж с помощью резьбовых муфт.

Разновидности вентиляционных шиберов

Современное производство предлагает максимально разнообразный набор клапанов, предназначенных для использования в вентиляционных системах. Однако всю существующую совокупность видов шиберов можно сгруппировать по нескольким категориям:

Форма шиберов обуславливается формой вентиляционной шахты – чаще всего применяются круглые задвижки, однако в отдельных случаях необходимы клапаны именно прямоугольной формы:

• Имеется необходимость в скрытии шибера при обеспечении минимально возможного использования пространства.
• При монтаже вентиляционных систем, использующих электронагреватели, поскольку они сами преимущественно прямоугольные.