Задвижки фланцевые с ручным приводом

Задвижки фланцевые с ручным приводом: конструкция, применение и технические аспекты

Задвижка фланцевая с ручным приводом представляет собой трубопроводную арматуру, предназначенную для полного перекрытия потока рабочей среды. Её основное функциональное назначение – запорная функция, а не регулирование. Управление осуществляется вручную посредством маховика, который через шпиндель и ходовую гайку передаёт усилие на затвор. Фланцевое соединение обеспечивает надёжное и разъёмное крепление к трубопроводу, что является ключевым преимуществом для обслуживания и ремонта в системах, где не требуется частая коммутация.

Конструктивные особенности и основные компоненты

Конструкция задвижки является классической для данного типа арматуры. Корпус и крышка, отлитые из конструкционной стали, чугуна, нержавеющей или легированной стали, образуют полость, в которой перемещается затвор. Фланцы корпуса имеют стандартизированные присоединительные размеры и геометрию (по ГОСТ, DIN, ANSI), что обеспечивает универсальность монтажа. Уплотнительные поверхности фланцев (шип-паз, выступ-впадина, под линзовую прокладку) выбираются в зависимости от давления и среды.

• Корпус: Основная несущая деталь, воспринимающая давление среды. Изготавливается литьём с последующей механической обработкой посадочных мест и фланцев.
• Затвор (шибер): Запорный элемент. В клиновых задвижках выполняется в виде цельного, упругого или составного двухдискового клина. В параллельных задвижках используется шиберный ножевой затвор или два диска с распорным клином.
• Шпиндель (шток): Бывает двух типов: выдвижной (при открывании маховика выдвигается из корпуса на величину хода затвора) и невыдвижной (вращается, но не перемещается аксиально). Выдвижной шпиндель предпочтительнее для агрессивных сред, так как резьбовая пара находится вне зоны контакта со средой.
• Уплотнения: Система уплотнений включает сальниковое устройство (набивку из графита, PTFE, асбеста) для герметизации по шпинделю и уплотнительные поверхности затвора и седел (часто наплавляются коррозионно-стойкими сплавами или покрываются резиной, эластомерами).
• Привод (ручной): Состоит из маховика, ходовой гайки (резьбовой пары) и опорного узла. Для уменьшения усилия на маховик в задвижках большого диаметра (как правило, от DN300) применяется редуктор с червячной или цилиндрической передачей. Верхний предел ручного управления обусловлен усилием, которое может развить оператор (обычно не более 350-400 Н).

Классификация и типы задвижек

Классификация проводится по нескольким ключевым конструктивным признакам.

По типу затвора:

• Клиновые: Затвор выполнен в форме клина, который входит в конические седла корпуса под углом. Обеспечивают высокую герметичность, но чувствительны к перекосам при монтаже и температурным деформациям.
  • С цельным жестким клином.
  • С упругим клином (имеет прорезь в средней части для компенсации перекосов).
  • С составным двухдисковым клином (диски могут самоустанавливаться относительно седел).
• Параллельные (шиберные): Уплотнительные поверхности седел и затвора параллельны. Затвор представляет собой нож (в ножевых задвижках для шламов, пульп) или два диска, между которыми распорный клин или пружина.
  • Шиберные (ножевые).
  • С выдвижным шпинделем и распорным клином.

По типу шпинделя:

• С выдвижным шпинделем: Резьбовая часть шпинделя и ходовая гайка вынесены из зоны рабочей среды, что защищает их от коррозии и абразивного износа. Увеличение строительной высоты при открывании.
• С невыдвижным шпинделем: Резьбовая пара находится в контакте с рабочей средой. Компактная строительная высота, но применяется для неагрессивных и некоррозионных сред (вода, воздух, нефтепродукты).

Материалы исполнения и область применения

Выбор материала определяется параметрами рабочей среды: давлением, температурой, химической агрессивностью, абразивностью.

Таблица 1. Материалы корпусных деталей и области применения

Материал корпуса/крышки	Маркировка (пример)	Рабочая среда	Диапазон давлений (PN), МПа	Диапазон температур, °C
Чугун серый	Ч, Cast Iron	Вода, пар, воздух, нефтепродукты	PN6 — PN16	-15…+300
Чугун шаровидный (высокопрочный)	ВЧ, Ductile Iron	Вода, пар, природный газ, нефтепродукты	PN16 — PN25	-30…+350
Углеродистая сталь	С, WCB	Пар, вода, нефть, газ, аммиак	PN16 — PN160 (Class 150 — 900)	-40…+425
Нержавеющая сталь	НЖ, CF8, CF8M	Агрессивные среды: кислоты, щёлочи, пищевые продукты	PN16 — PN100	-60…+450
Легированная сталь	ЛС, WC6, WC9	Высокотемпературный пар, нефтепродукты с сероводородом	PN25 — PN160	до +595

Уплотнительные поверхности затвора и седел часто имеют наплавку из стеллита, монели, или покрытие из этилен-пропиленового каучука (EPDM), нитрильного каучука (NBR), фторкаучука (FKM) для повышения герметичности и коррозионной стойкости.

Критерии выбора и монтаж

Выбор задвижки осуществляется на основе технических условий эксплуатации.

• Условный проход (DN): Должен соответствовать диаметру трубопровода. Для задвижек с ручным приводом экономически и эргономически оправданный верхний предел – DN400-500.
• Условное давление (PN или Class): Максимальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором возможна длительная работа.
• Рабочая среда и температура: Определяют материал корпуса и тип уплотнений.
• Тип присоединения: Фланцы должны соответствовать стандартам трубопровода (ГОСТ 33259, ГОСТ 12815, ASME B16.5, EN 1092-1).
• Климатическое исполнение: Для низких температур требуется исполнение с обогревом сальникового узла или ходовой пары, а также соответствующие материалы (сталь).

Монтажные требования: Перед установкой необходимо проверить чистоту внутренней полости и фланцевых поверхностей. Задвижка монтируется в любом положении (горизонтальном, вертикальном), но предпочтительно маховиком вверх для удобства обслуживания. Обязательна установка прокладки, соответствующей среде и давлению. Затяжка болтов фланцевого соединения должна производиться крест-накрест динамометрическим ключом с усилием, указанным в паспорте арматуры, для исключения перекоса корпуса. После монтажа необходимо провести несколько циклов открытия-закрытия для проверки хода.

Эксплуатация, обслуживание и типовые неисправности

Эксплуатация задвижек с ручным приводом требует соблюдения регламента: не использовать для регулирования потока (частичное открытие приводит к эрозии уплотнительных поверхностей), не прикладывать избыточное усилие к маховику при заклинивании. Основные операции технического обслуживания включают периодическую проверку герметичности сальникового уплотнения и его подтяжку или замену набивки, смазку ходовой пары (шпиндель-гайка) и резьбы шпинделя, визуальный контроль состояния.

Таблица 2. Типовые неисправности и методы их устранения

Неисправность	Вероятная причина	Метод устранения
Протечка через сальниковое уплотнение	Износ или уплотнение сальниковой набивки, недостаточная затяжка.	Подтянуть сальниковые болты равномерно. При необходимости заменить сальниковую набивку.
Затруднённый ход шпинделя, заклинивание	Отсутствие смазки, попадание механических частиц в ходовую пару или под затвор, коррозия шпинделя.	Очистить, промыть, нанести смазку. При сильной коррозии – заменить шпиндель.
Неплотное перекрытие потока (протечка в запорном органе)	Износ или повреждение уплотнительных поверхностей седел/затвора, попадание инородного тела.	Притереть уплотнительные поверхности. При серьёзных повреждениях – ремонт с наплавкой или замена.
Протечка через корпус или фланцы	Дефект литья (раковина, трещина), повреждение прокладки, неравномерная затяжка фланцевых болтов.	Замена прокладки, равномерная затяжка болтов. При дефекте корпуса – замена задвижки.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Малое гидравлическое сопротивление в полностью открытом положении (затвор отведён из проточной части).
• Простота конструкции и обслуживания.
• Надёжность и долговечность при правильной эксплуатации.
• Возможность подачи среды в любом направлении (универсальность потока).
• Отсутствие необходимости во внешнем источнике энергии.

Недостатки:

• Большая строительная высота и масса (особенно у задвижек с выдвижным шпинделем).
• Длительное время открытия/закрытия.
• Износ уплотнительных поверхностей при использовании для регулирования.
• Ограничение по диаметру для ручного управления (требуются значительные усилия).
• Трудности в ремонте изношенных седел корпуса.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чём принципиальная разница между задвижкой и затвором поворотным дисковым (баттерфляй)?

Задвижка имеет затвор, перемещающийся перпендикулярно потоку, а затвор «баттерфляй» – поворачивающийся вокруг оси. Задвижка обеспечивает меньшие потери давления в открытом состоянии, но имеет большую строительную длину и вес. Затвор более компактен, быстрее срабатывает, но создаёт большее гидравлическое сопротивление из-за диска в проточной части даже в открытом состоянии и, как правило, имеет меньшую герметичность на высоких давлениях.

Когда необходимо выбирать задвижку с выдвижным, а когда с невыдвижным шпинделем?

Задвижки с невыдвижным (вращаемым) шпинделем применяются для неагрессивных, некристаллизующихся и неабразивных сред (вода, воздух, нефтепродукты) на ограниченный срок службы, так как резьбовая пара изнашивается от воздействия среды. Для всех критичных, агрессивных, абразивных сред, а также для обеспечения длительного срока службы и ремонтопригодности ходового узла следует выбирать задвижки с выдвижным шпинделем.

Какое максимальное давление и диаметр возможны для задвижек с ручным приводом?

Ручной привод может применяться для задвижек с давлением до PN250 (Class 1500) и выше. Однако, с ростом давления и диаметра резко возрастает усилие на маховике. Практический предел для ручного управления без редуктора – DN150-200 при средних давлениях. Для больших диаметров (DN300-DN500 и более) обязательна установка редуктора с червячной или цилиндрической передачей, а для ещё больших размеров ручной привод используется только для аварийного или вспомогательного управления, а основным является электропривод.

Как правильно подобрать материал уплотнительных поверхностей (седло/затвор)?

Выбор зависит от среды и температуры:

• Ст3 + Ст3 (без наплавки): Вода, пар, воздух, нефтепродукты при невысоких требованиях к герметичности.
• Нержавеющая сталь + нержавеющая сталь: Для сред с умеренной агрессивностью.
• Сталь + стеллит (наплавка): Для высоких температур, пара, абразивных частиц, обеспечения высокой износостойкости.
• Сталь + EPDM/NBR/FKM (резиновое покрытие): Для воды, сточных вод, слабоагрессивных жидкостей, обеспечения высокой герметичности при низких давлениях.

Требуется ли техническое обслуживание задвижки, если она постоянно находится в одном положении (открыта/закрыта)?

Да, требуется. Даже в статичном положении возможно усыхание или старение сальниковой набивки, коррозия шпинделя, «прикипание» затвора к седлам. Регламентное обслуживание (осмотр, проверка хода, подтяжка сальника) должно проводиться не реже раза в 6-12 месяцев, а также обязательно перед вводом в работу после длительного простоя.