Арматура с ручным приводом
Арматура с ручным приводом: классификация, конструкция, применение и выбор
Арматура с ручным приводом (РП) представляет собой класс трубопроводной арматуры, управление которой осуществляется оператором за счет приложения мускульной силы через механический узел. Это наиболее распространенный, надежный и часто экономически целесообразный тип привода для широкого спектра задач в энергетике, ЖКХ, нефтегазовой и химической промышленности, где не требуется частая или аварийная дистанционная операция.
Классификация и основные типы арматуры с ручным приводом
Классификация проводится по нескольким ключевым признакам: тип арматуры, конструкция привода, тип передаточного механизма и расположение.
1. По типу арматуры:
- Задвижки с ручным приводом. Наиболее массовый вид. Запорный орган (клиновидный, шиберный, параллельный) перемещается перпендикулярно потоку среды. Привод используется для многооборотных операций. Применяются для полного перекрытия потока.
- Краны шаровые, пробковые, задвижные с ручным приводом. Запорный или регулирующий элемент имеет форму тела вращения с проходным отверстием. Привод, как правило, редукторный (для шаровых кранов больших диаметров) или рычажный/бабочка (для кранов малых и средних диаметров). Управление осуществляется поворотом на 90° (для шаровых и пробковых) или на несколько оборотов (для задвижных).
- Вентили (запорные клапаны) с ручным приводом. Запорный орган (золотник) перемещается параллельно оси потока по седлу корпуса. Привод – штурвальный, многооборотный. Применяются для перекрытия и, в случае специального исполнения плунжера, для грубого регулирования расхода.
- Дисковые затворы с ручным приводом. Запорный орган – диск, поворачивающийся вокруг оси, перпендикулярной или под углом к направлению потока. Привод – редукторный (многооборотный) или рычажный с фиксатором (поворот на 90°).
- Штурвальные (маховиковые) приводы прямого действия. Мускульная сила напрямую передается на шпиндель через маховик. Применяются для арматуры малых диаметров (как правило, до Ду50-80) и с малым усилием на шпинделе.
- Редукторные ручные приводы. Основной тип для арматуры средних и больших диаметров. Усилие оператора увеличивается за счет механического редуктора (червячного, цилиндрического, конического, планетарного). Червячный редуктор – самый распространенный, обеспечивает большое передаточное число и самоторможение.
- Рычажные приводы. Используются для кранов и дисковых затворов. Усилие передается через рычаг, напрямую связанный с затвором. Для уменьшения усилия могут применяться приводы с храповым механизмом.
- Выносные. Привод устанавливается на отдельной стойке или конструкции и соединяется с арматурой дистанционной штангой (шлейфом). Применяется для подземной арматуры, устанавливаемой в колодцах.
- Стационарные. Привод смонтирован непосредственно на арматуре. Самый распространенный тип.
- Корпус. Изготавливается из литого чугуна, алюминиевых сплавов, стали. Обеспечивает защиту внутренних механизмов от внешних воздействий. Имеет крепежные элементы для монтажа на арматуру (фланец, скобы).
- Червячный редуктор. Состоит из червяка (винт со специальной резьбой), на который подается усилие от маховика, и червячного колеса (шестерня), жестко посаженного на выходной вал. Передаточное число может достигать 1:50 и более, что позволяет развивать на выходном валу усилие в несколько тонн.
- Выходной вал (шпиндель редуктора). Имеет соединение со шпинделем арматуры (шлицевое, квадратное, муфтовое). Передает крутящий момент и осевое усилие.
- Маховик (штурвал). Элемент управления. Диаметр штурвала напрямую влияет на требуемое для операции усилие. Может быть выполнен со спицами или в виде рукоятки (для кранов).
- Указатель положения. Стрелка и шкала, показывающая степень открытия/закрытия арматуры (для многооборотной). Для кранов – флажковый указатель (0° и 90°).
- Тормозное или стопорное устройство. Предотвращает самопроизвольное движение арматуры от вибрации или давления среды. В червячных редукторах эту функцию часто выполняет сам червяк (эффект самоторможения).
- Сальниковое уплотнение. Обеспечивает герметичность в месте выхода выходного вала из корпуса привода.
- k, где k – коэффициент запаса (обычно 1.15-1.25).
- Монтаж. Привод монтируется на арматуру в соответствии с инструкцией. Проверяется соосность, отсутствие перекосов. Затяжка крепежных болтов должна быть равномерной. Для выносных приводов критически важно правильное соединение и центровка дистанционной штанги.
- Эксплуатация. Не допускается приложение к маховику чрезмерных усилий с помощью удлинителей (труб, рычагов), не предусмотренных производителем. Это ведет к поломке шпинделя или внутренних шестерен редуктора. Положение «закрыто» определяется моментом упора, дальнейшее затягивание недопустимо.
- Техническое обслуживание (ТО). Включает периодическую проверку легкости хода, визуальный осмотр на предмет коррозии, смазку всех трущихся узлов в соответствии с регламентом (червячная пара, подшипники, сальники). Для ответственных систем ТО проводится по утвержденным графикам.
- Высокая надежность и отказоустойчивость.
- Независимость от источников энергии.
- Более низкая стоимость по сравнению с автоматизированными приводами.
- Простота конструкции, ремонтопригодность.
- Возможность точного позиционирования запорного органа (для многооборотных).
- Ограниченная скорость срабатывания.
- Требуется присутствие оператора на месте.
- Физические ограничения по прикладываемому усилию (особенно для крупной арматуры).
- Невозможность интеграции в системы АСУ ТП без дополнительных устройств (датчиков положения).
- Затруднено применение в труднодоступных или опасных для человека местах.
2. По конструкции привода и передаточного механизма:
3. По расположению привода:
Конструктивные особенности и комплектующие
Конструкция ручного привода определяется его типом. Рассмотрим наиболее сложный и распространенный вариант – редукторный червячный привод для задвижек и кранов.
Критерии выбора арматуры с ручным приводом
Выбор осуществляется на основе технических параметров арматуры и условий эксплуатации.
| Параметр | Описание и влияние на выбор привода |
|---|---|
| Условный диаметр (Ду, DN) | Определяет габариты и момент сопротивления на шпинделе арматуры. С ростом диаметра требуется привод с большим передаточным числом и выходным моментом (Мвых). |
| Рабочее давление (Ру, PN) | Влияет на усилие, необходимое для уплотнения. Чем выше давление, тем больше требуемый Мвых. |
| Тип рабочей среды и температура | Определяет материал исполнения привода. Для агрессивных сред или наружной установки требуются коррозионностойкие материалы (нержавеющая сталь, алюминий с покрытием). Для высоких температур – термостойкие смазки и материалы. |
| Крутящий момент на шпинделе арматуры (Мср) | Основная исходная величина. Паспортное значение Мвых привода должно превышать Мср с запасом 15-25%. Мср складывается из момента трения в уплотнениях и момента от давления среды. |
| Число оборотов шпинделя от «закрыто» до «открыто» (n) | Определяет время операции. Привод должен обеспечивать необходимое число оборотов выходного вала. |
| Климатическое исполнение и место установки | Для улицы – приводы с повышенной защитой (IP65, IP67), морозостойкими смазками. Для колодцев – выносные приводы со шлейфом. |
| Возможность последующей автоматизации | Многие редукторные приводы имеют конструкцию, позволяющую установить на них электропривод (мотор-редуктор) без демонтажа. Наличие монтажного фланца по стандарту (ISO 5211) критически важно. |
Расчет и подбор привода
Подбор сводится к проверке условия: Мвых ≥ Мср
Мср указывается в паспорте на арматуру. Если данные отсутствуют, момент можно оценить эмпирически или по формулам, учитывающим тип арматуры, диаметр, давление и коэффициент трения. Для точного подбора на ответственные объекты рекомендуется обращаться к техническим специалистам производителя.
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Правильный монтаж и обслуживание определяют ресурс арматуры с РП.
Преимущества и недостатки арматуры с ручным приводом
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1: Когда целесообразно выбирать арматуру с ручным приводом, а когда с электрическим?
Ответ: Ручной привод выбирают при: нечастых операциях (реже 1-2 раз в сутки), отсутствии требований к дистанционному или аварийному управлению, ограниченном бюджете, необходимости работы в условиях отсутствия электропитания. Электропривод необходим для частых операций, дистанционного/автоматического управления, работы в составе АСУ ТП, а также при расположении арматуры в труднодоступных местах.
В2: Что делать, если маховик не проворачивается или проворачивается слишком туго?
Ответ: Ни в коем случае не применять избыточное усилие. Необходимо:
1. Проверить, не находится ли арматура в крайнем положении.
2. Убедиться, что среда в трубопроводе не затвердела/не закристаллизовалась.
3. Проверить состояние штока/шпинделя арматуры на предмет коррозии.
4. Проверить уровень смазки в редукторе и сальниковом уплотнении.
5. Возможна поломка внутренних механизмов (срезание шлицов, поломка червяка). Требуется демонтаж и диагностика.
В3: Как правильно подобрать ручной привод для замены вышедшего из строя?
Ответ: Необходимо снять следующие параметры со старого привода или с арматуры: тип и модель арматуры, Ду и Ру, количество оборотов шпинделя от «закрыто» до «открыто», тип и размер присоединительного фланца (например, ISO 5211 F10), требуемый крутящий момент (Мср). Лучше всего использовать каталожные данные производителя арматуры.
В4: Можно ли установить электропривод на арматуру с ручным редуктором в будущем?
Ответ: Да, если ручной привод имеет стандартный монтажный фланец (чаще всего ISO 5211). В этом случае электропривод (мотор-редуктор) устанавливается непосредственно на фланец ручного привода, который продолжает выполнять функцию редуктора. Это наиболее рациональный путь модернизации. Если ручной привод не имеет такого фланца, потребуется его полная замена на комбинированный (электроручной) или отдельный электропривод.
В5: Каковы нормы по усилию на маховике ручного привода?
Ответ: Согласно стандартам (например, ГОСТ 5762, EN 12570), усилие на ободе маховика или рукоятки для оператора не должно превышать 350-400 Н (≈35-40 кгс) при нормальной эксплуатации и 500 Н (≈50 кгс) при кратковременном приложении силы. Это ключевое требование эргономики и безопасности, определяющее необходимость применения редукторов для арматуры средних и больших диаметров.
Заключение
Арматура с ручным приводом остается неотъемлемым, технически и экономически обоснованным элементом трубопроводных систем в энергетике и смежных отраслях. Ее правильный выбор, основанный на анализе крутящего момента, условий эксплуатации и требований к будущей автоматизации, гарантирует надежную и долговечную работу. Понимание конструкции, принципов работы и правил обслуживания ручных приводов позволяет эксплуатирующим организациям минимизировать риски отказов и оптимизировать затраты на протяжении всего жизненного цикла оборудования.