Задвижки стальные

Задвижки. Общие сведения

Среди всей трубопроводной арматуры задвижки достаточно широко применяются, для трубопроводов от Ду - 50 мм до Ду - 2000 мм. На трубопроводах Ду<50 мм Ду>2000 мм применяются ограниченно. Задвижки обладают меньшим, по сравнению с вентилями, коэффициентом гидравлического сопротивления: ζ - 0,08-0,2 (у вентилей ζ - 3-5 и более). Эти параметры делают задвижку привлекательной для применения на трубопроводах большого диаметра и на трубопроводах, по которым транспортируется рабочая среда с большой скоростью. Кроме того конструктивно задвижки просты в изготовлении. В основном применяются в водных хозяйствах, в системах коммунального водоснабжения и отопления, в системах канализации, в газовых хозяйствах, на электростанциях, на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности и т. д., особенно это касается задвижек с большим Ду. Но задвижки обладают достаточно высокими параметрами по высоте, что не очень удобно в условиях ограниченного пространства. В таких случаях, с целью экономии пространства, целесообразно применять вентили в качестве запорного устройства на трубопроводах Ду<200 мм, или если открытие арматуры производится редко.

По конструкции, способу монтажа, сферам применения задвижки очень разнообразны.

В основной своей массе задвижки выпускаются с полным проходом. Но некоторые модели выпускаются со суженным проходом (раструбные), причем сужение бывает симметричным и несимметричным. Такие задвижки имеют более высокий коэффициент гидравлического сопротивления, чем полнопроходные модели, и применяются в случаях, когда есть необходимость уменьшить усилия для управления арматурой, с целью экономии пространства при монтаже, с целью уменьшить нагрузку на трубопровод.

На выбор конкретной модели задвижки влияет конструкция шпинделя, выдвижной или невыдвижной. В первом случае резьба шпинделя и ходовая гайка расположены внутри корпуса и погружены в рабочую среду. Во втором случае они вынесены за пределы рабочей зоны и не контактируют с рабочей средой. Задвижки с невыдвижным шпинделем имеют рад ограничений по применимости, выпускаются в значительно меньшем количестве. Это связано с тем, что нормальная длительная работа резьбовой пары шпиндель - ходовая гайка может происходить только в чистой, без твердых и абразивных примесей, рабочей среде. Кроме того в таких моделях ревизия, ремонт и контроль над состоянием резьбовой парой затруднен. Применяются такие задвижки в случае, когда рабочей средой являются: холодная или горячая чистая вода, природный газ, нефтепродукты, масла, аналогичные не агрессивные среды. За счет того, что шпиндель не выдвигается, такие модели задвижек по высоте имеют меньшие габариты, что делает их особо привлекательными для монтажа в колодцах и подземных коммуникациях, в качестве фонтанных нефтяных задвижек. В случае, когда транспортируемые рабочие среды коррозионные, (растворы щелочей и кислот, соляные растворы), агрессивные, на трубопроводах, транспортирующих пар, и в других ответственных случаях задвижки с выдвижным шпинделем применять предпочтительней.

Далее задвижки делятся на параллельные и клиновые по расположению в корпусе уплотняющих колец – параллельно или под углом. Модели с параллельно расположенными уплотнительными кольцами могут быть двухдисковыми с клиновым распором или однодисковыми с плоским диском (реже применяется). В свою очередь клиновые задвижки делятся на задвижки с клином цельным и с клином, образующимся расположенными под углом, двумя дисками (клиновые двухдисковые). Цельный клин при закрывании точно опускается, создавая надежное и жесткое запирание, но в случае колебания температур рабочей среды, ведет к угрозе заклинивания и невозможности открыть задвижку. У двухсоставного клина угроза заклинивания, конечно же, значительно ниже, но он уступает по надежности перекрывания рабочего потока. Идеальным является сочетание достоинств обоих конструкций. Поэтому ведутся разработки по созданию задвижки с цельным упругим клином.

В качестве материала при изготовлении задвижек применяются: чугун, углеродистые и нержавеющие стали, цветные металлы и сплавы, полимерные материалы (для агрессивных сред). Корпус может быть литым и сварным. Сварные задвижки изготавливаются больших диаметров на трубопроводы с низким рабочим давлением, или небольших диаметров для водопроводов. Корпус задвижки в поперечном разрезе может быть прямоугольным или иметь форму овала или круга. Поперечное сечение корпуса задвижки и крышки может иметь вид прямоугольника, овала или круга.

Наиболее оптимальной для восприятия внутреннего давления является форма корпуса в виде цилиндра. Плоские и овальные корпуса и крышки задвижек, под действием внутреннего давления, выпучиваются, приближаясь к оптимальной форме. Поэтому такая форма корпуса применяется к задвижкам, работающим под не большим давлением. Условно для давлений до Ру 4 кгс/см2 может применяться арматура с плоским корпусом; до Ру - 10 кгс/см2 – овальный корпус, материал – чугун; до Ру - 16 кгс/см2 – овальный корпус, материал корпуса – сталь (в отечественных моделях); при больших давлениях корпус с круглым сечением.

Для уменьшения воздействия внутреннего давления на стенки плоских и овальных корпусов задвижек и для придания дополнительной жесткости корпусов и крышек они снабжаются ребрами жесткости, которые могут располагаться внутри корпуса или снаружи. Корпуса и крышки с круглым сечением нет необходимости укреплять ребрами жесткости. Плоские корпуса задвижек больших диаметров в основном с наружными ребрами жесткости. И технологически изготовление внутренних ребер более трудоемкий процесс, чем изготовление наружных ребер жесткости. Наружные ребра расположены вдоль длинной части корпуса и испытывают напряжения растяжения под действием давления внутренней рабочей среды. Внутренние ребра жесткости напротив - испытывают напряжения сжатия.

Для чугуна допускаемые напряжения растяжения значительно меньше, чем допускаемые напряжения сжатия, поэтому чугунные задвижки предпочтительно изготавливать с внутренними ребрами жесткости, поскольку они будут прочней аналогичных задвижек с наружными ребрами. Производители чугунных задвижек в основном выпускают задвижки с внутренними ребрами жесткости, вдоль длинной части корпуса и крышки. Для стали допустимые напряжения растяжения и сжатия практически равнозначны. Поэтому стальные задвижки выпускают с ребрами жесткости, расположенными снаружи корпуса, т.к. такое исполнение технологически более простое. Для повышения прочности и жесткости диски и клинья задвижек большого диаметра также снабжаются ребрами жесткости.

Задвижки до Ду 200-250 в основной своей массе выпускаются с ручным приводом (маховик). Для уменьшения крутящего момента на открытие-закрытие запора, большие диаметры задвижек выпускаются с редукторами (передача червячная или зубчатая). Вторым по распространенности является электроприводное управление, выпускаются все диаметры задвижек. Кроме того может быть комплектация пневматическим приводом, в случае невозможности использовать электропривод по требованиям пожаробезопасности. Менее всего распространены гидроприводные задвижки. Все электропривода и гидропривода снабжены ручным тумблером, для открытия или закрытия арматуры в ручном режиме, в случае отсутствия электроэнергии или давления в поршневом механизме гидропривода. На трубопроводах, работающих под большим давлением, при монтаже задвижек большого и малого диаметра монтируются обводные линии (наружные), для снижения напряжения, возникающего в момент открытия-закрытия. На водопроводах большого диаметра обводные линии используются также для снижения отрицательного воздействия на трубопровод и оборудование гидроударов, возникающих в момент открытия арматуры

По типу уплотнения подвижных частей (шпинделя, штока) от воздействия внешней среды делятся на задвижки с сальниковым уплотнением и с сильфонным уплотнением. Уплотнение сальником более распространено, т.к. значительно дешевле сильфонного и сальник не затрудняет ход шпинделя. Недостаток такого вида уплотнения: периодическая подтяжка и замена сальника (используется в основном сальниковая набивка простая или с добавками). Для перекрытия сальника в конструкции применено верхнее уплотнение. Сильфонное уплотнение более дорогое, ограничивает ход подвижных частей (шпиндель, шток), но вместе с тем обеспечивает практически полную герметичность. Применяется в основном в случаях, когда вопрос герметизации стоит на первом месте и утечка рабочей среды не допустима, например, агрессивные, ядовитые, радиационные рабочие среды.

По способу присоединения к трубопроводу задвижки делят на: фланцевые, муфтовые, приварные, цапковые и комбинированного присоединения. Фланцевые задвижки наиболее распространены. Устанавливаются между фланцами на трубопроводе, герметичность фланцевого соединения обеспечивается за счет различного уплотнительного материала (резина, паронит, и др.), в зависимости от химических и температурных характеристик рабочей среды, давления и прочих данных. Достоинства такого соединения: быстрый демонтаж с трубопровода с целью замены или ремонта арматуры. Недостаток: громоздкость и вес соединения (фланцы, болты, гайки прокладки) и, соответственно, излишняя нагрузка на трубопровод, риск протечек в месте соединения. Задвижки диаметром до 80 мм могут подсоединяться к трубопроводу с помощью резьбового или цапкового присоединения. Сварное соединение также имеет свои достоинства и недостатки. Отсутствие фланцев и всех крепежных элементов значительно уменьшает вес задвижки, соответственно, снижает нагрузку на трубопровод, и исключает протечки среды в месте присоединения задвижек к трубопроводу. Герметичность соединения обеспечивается качеством сварного шва. Но, в то же время, демонтаж изделия с трубопровода затруднителен. Применяются соединения под приварку в основном в энергетических установках, на магистральных трубопроводах, и т.п. ответственных случаях, где преимущества сварного соединения преобладает над недостатками. Для монтажа на чугунные канализационные трубопроводы или на пластиковые применяются задвижки со специальными раструбами.

При неблагоприятных условиях эксплуатации (агрессивна, абразивная транспортируемая среда) для защиты и восстановления уплотняющих колец, а также с целью исключения задирания рабочих поверхностей, применяются задвижки с заложенной смазкой. Применяются не растворимые в водах и нефтяных средах густые смазки. Внутренняя полость конструкции немного увеличивается, смазка отделена от основной полости. Запрессованные в корпусе пара бронзовых колец с канавками, с размещенными в них кольцами съема смазки. Пружина поджимает кольца. Правый диск, двигаясь вниз при закрывании, упирается в корпус верхним упором, левый, скользит вдоль клина, тем самым уплотняя замок. Так обеспечивается плотность перекрытия.
Указатель подъема, с линейной или круговой шкалой, показывает в положении, «закрыто» или «открыто», находится задвижка, а также степень ее открытия. В некоторых случаях это важно знать

При управлении задвижками в шпинделе возникают значительные осевые усилия, воспринимаемые буртом шпинделя или буртом гайки. В опоре бурта возникает большой момент от силы трения, для уменьшения которого устанавливаются опорные шариковые подшипники. Благодаря этому значительно снижается необходимая мощность привода. Задвижки больших и средних диаметров прохода, работающие при больших давлениях среды, снабжаются шариковыми упорными подшипниками.

Основные параметры этих задвижек регламентированы ГОСТ 9698-67.

Приведенные выше конструкции относятся к задвижкам, у которых уплотняющая поверхность колец корпуса и диска или клина образует плоскость. Имеются также так называемые кольцевые задвижки. В этих задвижках с помощью поршня перекрывается кольцевое сечение полости, через которую проходит среда. Такого типа задвижки используются сравнительно редко и в основном для воды при больших диаметрах трубопроводов. Положительным качеством этих задвижек является малая высота конструкции, что позволяет использовать их в помещениях малых размеров.