Задвижки литые
Задвижки литые: конструкция, материалы, применение и выбор для энергетических систем
Литые задвижки представляют собой класс трубопроводной арматуры с запирающим элементом в виде клина, диска или шибера, перемещающимся перпендикулярно оси потока рабочей среды. Их корпусные детали (корпус, крышка) изготавливаются методом литья, что позволяет получать сложные геометрические формы с высокой прочностью и оптимальным распределением металла. Данный тип арматуры является одним из наиболее распространенных для организации надежного отсечения потока на магистральных трубопроводах большого диаметра, в системах водоснабжения, тепловых сетях и технологических линиях энергетических объектов.
Конструктивные особенности и принцип действия
Основу конструкции литой задвижки составляет герметичная литая оболочка, состоящая из корпуса и крышки, соединенных фланцевым или корпус-крышка (патрубок-корпус) соединением. Внутри корпуса расположены два седла, которые могут быть интегрированы в корпус или выполнены в виде напрессованных/наваренных колец из коррозионно-стойкого материала. Затвор (клинья) перемещается между этими седлами при помощи шпинделя (штока), который соединен с маховиком или приводным устройством.
По типу движения шпинделя задвижки делятся на две основные группы:
- Задвижки с выдвижным шпинделем (штоком). Резьбовая часть шпинделя и ходовая гайка расположены вне полости задвижки, выше уплотнительной сальниковой коробки. При открывании шпиндель совершает вращательно-поступательное движение, выдвигаясь на величину хода затвора. Такая конструкция обеспечивает защиту резьбы от воздействия рабочей среды и коррозии, облегчает обслуживание и является предпочтительной для агрессивных, абразивных или высокотемпературных сред.
- Задвижки с невыдвижным шпинделем. Резьбовое соединение расположено внутри полости корпуса. Шпиндель совершает только вращательное движение, а затвор навинчивается на него. Габаритная длина задвижки постоянна и меньше, чем у моделей с выдвижным шпинделем. Основной недостаток – резьба шпинделя работает в среде, что ограничивает применение неагрессивными средами (вода, пар) и усложняет техническое обслуживание.
- Тепловые электростанции (ТЭС) и атомные электростанции (АЭС): Основные и вспомогательные трубопроводы питательной воды, пара (насыщенного и перегретого), конденсата, систем технического водоснабжения. Здесь применяются стальные задвижки на высокие давления и температуры с выдвижным шпинделем и уплотнениями, стойкими к эрозии.
- Тепловые сети (теплотрассы): Магистральные и распределительные сети для транспортировки теплоносителя (горячая вода, пар). Используются чугунные и стальные задвижки с эластомерным уплотнением или металлическим клином.
- Системы водоснабжения и канализации: Запорная арматура на магистральных трубопроводах большого диаметра. Преимущественно чугунные задвижки с невыдвижным шпинделем и резиновым уплотнением (сильфонные) для обеспечения биологической и химической чистоты.
- Нефтегазовая промышленность: Трубопроводы сырой нефти, нефтепродуктов, газа. Применяются стальные задвижки с антикоррозионным покрытием и специальным исполнением для пожароопасных сред.
- Рабочая среда: Тип (вода, пар, газ, нефть, химикаты), агрессивность, наличие абразивных частиц.
- Параметры среды: Максимальное рабочее давление (Рр) и температура (Тр). Запас по давлению должен быть не менее 15-20%.
- Условный проход (Ду, DN): Диаметр трубопровода.
- Тип присоединения: Соответствие фланцевому стандарту и давлению.
- Тип затвора и шпинделя: Для ответственных и переменных режимов – двухдисковый клин с выдвижным шпинделем.
- Материал корпуса и уплотнений: Определяется коррозионной и температурной стойкостью.
- Климатическое исполнение и тип привода: Для наружной установки, в помещении, с ручным или автоматическим управлением.
Типы затворов (клиньев) литых задвижек
Конструкция затвора является ключевым классификационным признаком, определяющим область применения и надежность арматуры.
Жесткий клин
Представляет собой цельнолитой монолитный элемент в форме клина. Обеспечивает хорошую герметичность при правильной притирке к седлам. Основной недостаток – риск заклинивания при колебаниях температуры (из-за теплового расширения) или при попадании твердых частиц в пространство между седлами. Применяется для сред, не склонных к значительным термическим деформациям.
Двухдисковый (шаровый) клин
Затвор состоит из двух дисков, соединенных между собой разъемным соединением, позволяющим им самоустанавливаться относительно седел. Это компенсирует возможные перекосы при монтаже, температурные деформации и износ. Обеспечивает более высокую герметичность и меньший износ уплотнительных поверхностей по сравнению с жестким клином. Является наиболее распространенным типом для ответственных трубопроводов в энергетике.
Упругий клин
Модификация жесткого клина, в котором диск имеет разрезающую прорезь или выполнены упругие элементы. Это обеспечивает некоторую степень компенсации деформаций и улучшает герметичность. Занимает промежуточное положение по надежности и стоимости между жестким и двухдисковым клином.
Параллельная задвижка (шиберная)
Использует затвор в виде одного или двух дисков (ножевая задвижка), которые при закрытии прижимаются к параллельным седлам специальным устройством (распорным клином или пружиной). Часто применяется для сред с повышенным содержанием механических примесей, шламов, вязких жидкостей.
Материалы изготовления литых задвижек
Выбор марки материала корпуса и уплотнительных поверхностей регламентируется давлением, температурой, агрессивностью и абразивностью рабочей среды. Основные материалы приведены в таблице.
| Наименование детали | Материал (марка) | Область применения и характеристики |
|---|---|---|
| Корпус, крышка | Серый чугун (ЧС) | Водоснабжение, неагрессивные среды, температура до +150°C, давление до 1,6 МПа (PN16). Низкая стойкость к гидроударам. |
| Ковкий чугун (КЧ) | Пар, вода, нефтепродукты. Более высокая прочность и пластичность, чем у серого чугуна. До +300°C, PN25. | |
| Углеродистая сталь (25Л, 35Л) | Широко используется в теплоэнергетике для пара, горячей воды, нефтепродуктов. Температура до +425°C, давление до PN250 (зависит от исполнения). | |
| Легированная сталь (20ГМЛ, 20ХМЛ, 12Х18Н9ТЛ) | Высокотемпературные (свыше +425°C) и коррозионно-активные среды. Нержавеющие стали применяются для агрессивных химических сред, морской воды. | |
| Уплотнительные поверхности (седла/диск) | Без наплавки (основной материал) | Для неагрессивных сред. Часто применяется притирка поверхностей. |
| С наплавкой стеллитом (сплав на основе кобальта) | Повышает износостойкость, коррозионную и эрозионную стойкость. Критически важно для сред с абразивными частицами и для энергетики высоких параметров. | |
| С наплавкой нержавеющей сталью или твердыми сплавами (например, сормайт) | Для повышения стойкости в конкретных условиях. Резиновое покрытие (эластомер) используется для водных сред для обеспечения абсолютной герметичности. | |
| Шпиндель | Нержавеющая сталь (20Х13, 30Х13, 14Х17Н2) | Высокая прочность и коррозионная стойкость, особенно для задвижек с выдвижным шпинделем. |
Классы давления, типы присоединения и управление
Литые задвижки производятся на стандартные ряды условных давлений: PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250 и выше (PN – номинальное давление в бар). В энергетике наиболее востребованы классы PN16-PN250. Присоединение к трубопроводу осуществляется преимущественно фланцевое по стандартам ГОСТ, DIN, ANSI. Фланцы могут быть плоскими, выступающими, под приварку. Для малых диаметров и высоких давлений применяется присоединение под приварку (сварные концы), что повышает надежность соединения, но усложняет монтаж и демонтаж.
Управление задвижкой осуществляется вручную (маховиком), через редуктор (для снижения усилия на больших диаметрах) или с помощью приводов: электрических (ЭП), гидравлических (ГП) или пневматических (ПП). Приводы позволяют автоматизировать процесс управления, интегрировать задвижку в системы АСУ ТП и дистанционно управлять ею.
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Критерии выбора литой задвижки
Выбор конкретной модели должен основываться на техническом задании и расчетных параметрах:
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Монтаж должен производиться на прямых участках трубопровода с обеспечением возможности свободного доступа для обслуживания и ремонта. Обязательна проверка чистоты внутренней полости задвижки и трубопровода перед установкой. Задвижка монтируется в закрытом положении. Фланцевые соединения затягиваются крест-накрест с контролем усилия для избежания перекосов. В процессе эксплуатации необходимо регулярно проводить техническое обслуживание: проверку герметичности сальникового уплотнения (при необходимости – подтяжку сальника или его замену), смазку ходовой резьбы и подшипников шпинделя, проверку легкости хода затвора. Для задвижек, находящихся в резерве или редко используемых, рекомендуется периодическая (раз в квартал) обкатка – полный цикл открытия/закрытия для предотвращения прикипания клина к седлам.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем основное отличие задвижки от шарового крана?
Задвижка имеет затвор, который перемещается перпендикулярно потоку, а шар крана – вращается вокруг своей оси. Задвижки, как правило, полнопроходные (проходное сечение не сужается), но имеют большую строительную длину и высоту. Шаровые краны более компактны, быстрее открываются/закрываются, но на больших диаметрах (свыше DN300) и высоких давлениях могут уступать в надежности и стоимости задвижкам. Задвижка не предназначена для регулирования потока и должна работать только в положении «полностью открыто» или «полностью закрыто».
Почему задвижку нельзя использовать для регулирования расхода среды?
При частичном открытии затвор задвижки находится в зоне высокоскоростного потока, что вызывает вибрацию, кавитацию и интенсивный гидроабразивный износ уплотнительных поверхностей седел и диска. Это приводит к быстрой потере герметичности и выходу арматуры из строя. Для регулирования применяются клапаны (вентили) и регулирующие краны.
Что означает маркировка на корпусе задвижки, например, 30с941нж?
Это условное обозначение по системе ЦКБА: «30» – задвижка; «с» – привод электрический; «9» – номер модификации (электроуправляемая); «41» – номер модели; «нж» – материал корпуса (нержавеющая сталь). Также на корпусе всегда указываются: DN (Ду), PN (Ру), направление потока, марка материала, товарный знак производителя.
Как правильно выбрать тип клина для трубопровода с перегретым паром?
Для паропроводов с температурой свыше +300°C и переменными тепловыми режимами обязательным является применение стальных задвижек с выдвижным шпинделем и двухдисковым клином. Это исключит заклинивание из-за тепловых деформаций. Уплотнительные поверхности должны быть наплавлены стеллитом или другим твердым сплавом для защиты от эрозионного износа.
Каковы основные причины подтекания среды по сальниковому уплотнению?
1. Ослабление затяжки сальниковой набивки в процессе эксплуатации (решается подтяжкой гаек сальниковой коробки). 2. Износ или уплотнение сальниковой набивки (требуется перепаковка сальника). 3. Износ или повреждение поверхности шпинделя (шлифовка или замена шпинделя). 4. Неправильная укладка сальниковых колец при сборке.
Что такое обводная линия (байпас) и когда она нужна для задвижки?
Байпас – это трубопровод меньшего диаметра с запорной арматурой, обходящий основную задвижку. Он необходим для задвижек больших диаметров (как правило, от DN300) на трубопроводах с высоким перепадом давления. Байпас позволяет выровнять давление по обе стороны основного затвора перед его открытием, что резко снижает требуемое усилие на маховике или приводе и предотвращает повреждение арматуры.
Какой срок службы у литой задвижки и от чего он зависит?
Номинальный срок службы качественной литой задвижки при соблюдении условий эксплуатации составляет 15-25 лет и более. Фактический срок зависит от: агрессивности среды (коррозия), цикличности работы (механический износ), наличия абразивных частиц, правильности монтажа и регулярности технического обслуживания. Наиболее уязвимыми элементами являются уплотнительные поверхности клина/седел и сальниковое уплотнение.