Задвижки стальные фланцевые

Задвижки стальные фланцевые: конструкция, типы, применение и выбор

Стальные фланцевые задвижки представляют собой запорную трубопроводную арматуру с выдвижным или невыдвижным шпинделем, предназначенную для полного перекрытия потока рабочей среды. Основная отличительная черта – присоединительные фланцы, соответствующие стандартам ГОСТ, DIN, ANSI или другим, что обеспечивает надежное болтовое соединение с ответными фланцами трубопровода, насосов или сосудов. Корпус и основные детали изготавливаются из углеродистых, легированных или нержавеющих сталей, что определяет их применение в системах с высокими давлениями (до 250 атм и более) и температурами (от -60 до +600 °C), а также с агрессивными средами.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция задвижки включает несколько ключевых узлов. Корпус, отлитый, сварной или кованый, образует проточную часть и камеру для затвора. Внутри корпуса расположены седла, которые в положении «закрыто» плотно сопрягаются с уплотнительными поверхностями затвора (клином, диском). Шпиндель (шток), передающий усилие от привода, соединен с затвором резьбой – либо внутри ходовой гайки в крышке (невыдвижной шпиндель), либо снаружи (выдвижной шпиндель). Уплотнение шпинделя обеспечивается сальниковым узлом с набивкой из графита, PTFE или иных материалов. Фланцы имеют геометрию и уплотнительную поверхность (шип-паз, выступ-впадина, гладкая), соответствующую стандарту.

Принцип действия основан на возвратно-поступательном движении затвора перпендикулярно оси потока среды. Вращение маховика или выходного вала привода приводит к ввинчиванию/вывинчиванию шпинделя, который опускает или поднимает затвор, перекрывая или открывая проходное сечение.

Классификация стальных фланцевых задвижек

По типу затвора (клина)

С жестким клином: Клин представляет собой цельную деталь. Обеспечивает высокую герметичность, но требует точной подгонки к седлам. Риск заклинивания при перепадах температур или износе. Применяется для сред без механических примесей.
С двухдисковым (упругим) клином: Клин состоит из двух дисков, соединенных между собой с возможностью небольшого углового смещения. Это позволяет компенсировать деформации корпуса, температурные расширения и обеспечивает лучшее прилегание к седлам. Наиболее распространенный тип для энергетики и нефтегазовой отрасли.
С двухдисковым составным (распорным) клином: Диски не имеют жесткого соединения, а раздвигаются распорным клином или пружиной. Высокая герметичность и стойкость к температурным воздействиям, но сложность конструкции выше.
Шланговые (шиберные): Затвор выполнен в виде ножа, перерезающего плотные и вязкие среды. Используются для шламов, пульп.

По типу шпинделя

С выдвижным шпинделем: Резьбовая часть шпинделя и ходовая гайка расположены вне полости задвижки. Это исключает контакт резьбы с рабочей средой, снижает коррозию и износ, облегчает обслуживание. Конструкция более габаритна. Стандарт для энергетических объектов.
С невыдвижным (вращаемым) шпинделем: Шпиндель совершает только вращательное движение, резьба находится внутри корпуса в контакте со средой. Компактная конструкция, но ограниченная стойкость резьбы и сложность технического обслуживания. Применяется при ограниченном монтажном пространстве.

По способу управления

С ручным управлением (маховиком): Для трубопроводов малых и средних диаметров (до DN300), где требуемое усилие невелико.
С механическим редуктором: Для больших диаметров, снижает необходимое оператору усилие.
С электроприводом: Для автоматизации, дистанционного управления, интеграции в АСУ ТП. Обязательны концевые выключатели и моментная защита.
С пневмо- или гидроприводом: Для взрывоопасных зон или объектов со сжатым воздухом/гидравликой в наличии.

Материальное исполнение и марки стали

Выбор марки стали определяется параметрами рабочей среды: давлением, температурой, химической агрессивностью.

Марка стали (по ГОСТ, AISI)	Область применения	Температурный диапазон, °C	Примечание
25Л, 35Л (углеродистая)	Вода, пар, нефтепродукты при умеренных параметрах	-40…+425	Наиболее распространена для общепромышленных применений.
20ГМЛ, 09Г2С (низколегированная)	Высокие давления и температуры, агрессивные среды средней силы	-60…+450	Повышенная стойкость к коррозии и хладостойкость.
12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10Т (нержавеющая аустенитная)	Сильноагрессивные среды: кислоты, щелочи, морская вода, пищевые продукты	-196…+600	Коррозионная стойкость, стойкость к окислению.
15Х5М, 10Х9МФБ (жаропрочная легированная)	Перегретый пар высоких параметров (ТЭС, АЭС)	До +600…+650	Высокая жаропрочность и ползучесть.

Уплотнительные поверхности затвора и седел часто наплавляются стеллитом (сплав на основе кобальта) или другими твердыми сплавами для повышения износостойкости и эрозионной стойкости, особенно при работе с паром.

Критерии выбора и обозначение

Выбор задвижки осуществляется на основе технических условий проекта и требует учета следующих параметров:

Условный диаметр (DN, Ду): Должен соответствовать диаметру трубопровода.
Условное давление (PN, Ру): Максимальное избыточное давление при температуре 20°C, на которое рассчитано изделие. Ряды: PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250. Для стандартов ANSI: Class 150, 300, 600, 900, 1500, 2500.
Рабочая среда и ее параметры (Pраб, Tраб): Фактические давление и температура в системе.
Климатическое исполнение и категория размещения: Для наружной установки (У1, УХЛ1) или внутри помещений.
Материал корпуса и уплотнений: Определяется коррозионной активностью среды.
Тип присоединения и исполнение фланцев: Стандарт (ГОСТ 33259, ГОСТ 12815, ASME B16.5), тип уплотнительной поверхности (RF – выступ, FF – гладкая).
Тип управления: Ручное, электрическое, иное.

Пример условного обозначения по ГОСТ 9698-86: 30с41нж – Задвижка с выдвижным шпинделем, клиновая, фланцевая, с двухдисковым клином (нж), стальная (с), Ду 300 мм, на Ру 1,6 МПа (16 кгс/см²).

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж должен производиться на прямолинейном участке трубопровода с обеспечением разгрузки от весовых нагрузок. Запрещается использовать задвижку в качестве опоры для труб. Фланцевые соединения стягиваются болтами крест-накрест с контролем момента затяжки по спецификации. Перед вводом в эксплуатацию обязательна промывка трубопровода для удаления окалины и мусора.

Эксплуатация: Задвижка – запорное устройство. Она должна находиться в положении «полностью открыто» или «полностью закрыто». Работа в промежуточном положении для регулирования потока недопустима из-за высокого гидравлического износа и вибрации затвора. При использовании электропривода необходимо следить за настройкой моментных и концевых выключателей.

Техническое обслуживание включает периодическую проверку герметичности сальникового уплотнения (подтяжку или замену набивки), смазку резьбовой части выдвижного шпинделя и ходового узла редуктора/привода, проверку состояния фланцевых соединений.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

Малое гидравлическое сопротивление в открытом состоянии (практически равное сопротивлению прямого участка трубы).
Возможность применения для высоковязких и загрязненных сред (в соответствующих исполнениях).
Двусторонняя подача среды (универсальность направления потока).
Простота конструкции и обслуживания (особенно у моделей с выдвижным шпинделем).
Большой диапазон типоразмеров и рабочих параметров.

Недостатки:

Большая строительная высота (особенно у задвижек с выдвижным шпинделем).
Длительное время открытия/закрытия.
Значительные усилия для управления в ручном режиме на больших диаметрах.
Износ уплотнительных поверхностей в затворе, сложность ремонта при повреждении седел внутри корпуса.
Невозможность применения для регулирования потока.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Тепловая энергетика (ТЭС, ТЭЦ): Основные и вспомогательные трубопроводы питательной воды, пара высокого и низкого давления, конденсата, мазутного хозяйства. Применяются задвижки из сталей 25Л, 15Х5М, с электроприводами.
Атомная энергетика (АЭС): Системы технического водоснабжения, неответственные трубопроводы второго и третьего контуров. Требования к материалам и качеству изготовления максимально строгие.
Нефтегазовая промышленность: Магистральные и промысловые трубопроводы, установки подготовки нефти и газа. Применяются задвижки классов ANSI 300-2500, часто с пневмоприводом для взрывоопасных зон.
Химическая и нефтехимическая промышленность: Трубопроводы с агрессивными средами. Исполнения из нержавеющих сталей 12Х18Н10ТЛ или с внутренним футерованием.
Водоснабжение и водоотведение: Магистральные сети большого диаметра, насосные станции. Часто с обрезиненным клином для повышения герметичности.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается задвижка от затвора (поворотного дискового затвора)?

Задвижка имеет затвор, перемещающийся перпендикулярно потоку, что требует большого монтажного пространства по высоте, но обеспечивает минимальные потери давления. Затвор (дисковый поворотный) имеет диск, вращающийся вокруг оси, расположенной перпендикулярно или под углом к потоку. Он компактнее, легче, быстрее срабатывает, но создает большее гидравлическое сопротивление и, как правило, имеет более низкие показатели герметичности и ограничения по давлению и диаметру.

Что означает аббревиатура «МЗВ» в маркировке?

МЗВ – это «Монтажное Заводское Исполнение В». Означает, что задвижка поставляется в полной заводской готовности (установлены привод, все элементы управления и защиты), прошедшая полные приемо-сдаточные испытания на предприятии-изготовителе. Это сокращает сроки и повышает качество монтажа на объекте.

Как правильно выбрать тип клина: жесткий, упругий или составной?

Жесткий клин – для чистых сред (вода, пар, газ) при стабильных температурных условиях. Упругий (двухдисковый) клин – универсальный выбор для энергетики, компенсирует перекосы и температурные деформации, обеспечивает высокую герметичность. Составной (распорный) клин – для высокотемпературных сред (перегретый пар), где возможны значительные тепловые расширения. Для сред с механическими примесями (шлам, пульпа) предпочтительны шланговые (шиберные) задвижки.

Почему задвижку нельзя использовать для регулирования расхода?

При частичном открытии поток среды с высокой скоростью проходит в узкой щели между седлом и клином, вызывая интенсивную кавитацию, гидроабразивный износ и вибрацию. Это быстро разрушает уплотнительные поверхности, после чего задвижка теряет герметичность в закрытом положении. Для регулирования применяется специализированная регулирующая арматура (регулирующие клапаны, дисковые затворы с специальным профилем).

Как часто требуется обслуживать сальниковое уплотнение шпинделя?

Периодичность зависит от условий эксплуатации (температура, давление, цикличность работы). При появлении капельной течи по шпинделю (допустимо по некоторым стандартам 1-2 капли в минуту) требуется подтяжка сальниковых втулок. Если подтяжка не помогает – необходима перебивка сальника (замена сальниковой набивки). Для сред с высокими параметрами рекомендуется использовать задвижки с сильфонным уплотнением шпинделя, не требующим обслуживания в течение всего срока службы.

Что важнее при выборе: условное давление (PN) или материал корпуса?

Оба параметра критичны и взаимосвязаны. PN определяет механическую прочность корпуса при стандартной температуре. Однако с ростом температуры рабочей среды допустимое давление падает. Материал корпуса определяет стойкость к температуре и коррозии. Выбор всегда делается на основе пары «рабочее давление – рабочая температура» с учетом коррозионных свойств среды. Для этого используются таблицы допустимых давлений для конкретной марки стали или поправочные коэффициенты.

Заключение

Стальные фланцевые задвижки остаются неотъемлемым и критически важным элементом запорной арматуры на трубопроводах высокого давления в энергетике и промышленности. Правильный выбор типа, материала и исполнения задвижки, основанный на глубоком анализе условий эксплуатации и стандартов проекта, напрямую влияет на надежность, безопасность и долговечность технологической системы. Понимание конструктивных особенностей, преимуществ и ограничений данного типа арматуры позволяет инженерно-техническому персоналу грамотно эксплуатировать оборудование, планировать его обслуживание и ремонт, минимизируя риски аварийных ситуаций и простоев.

Задвижки стальные фланцевые