Затворы дисковые фланцевые с чугунным корпусом: конструкция, применение и технические аспекты

Дисковый поворотный затвор (ДПЗ) фланцевого исполнения с корпусом из чугуна представляет собой тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или регулирования потока рабочей среды в трубопроводах. Принцип действия основан на повороте диска (заслонки), установленного на валу, на 90 градусов от полностью открытого до полностью закрытого положения. Фланцевое исполнение подразумевает, что корпус затвора оснащен присоединительными фланцами, соответствующим стандартам (ГОСТ, DIN, EN), что обеспечивает надежное болтовое соединение с ответными фланцами трубопровода. Чугун, преимущественно серый чугун (GG-25 по DIN, ЧШ20 по ГОСТ) или высокопрочный чугун с шаровидным графитом (GGG-40, ВЧШГ), служит основным материалом корпуса благодаря оптимальному сочетанию прочности, литейных качеств и стоимости.

Конструктивные особенности и материалы компонентов

Конструкция стандартного фланцевого дискового затвора включает несколько ключевых элементов, каждый из которых выполняет критически важную функцию.

• Корпус. Изготавливается методом литья из серого (СЧ20, СЧ25) или высокопрочного чугуна (ВЧШГ). Корпус имеет цилиндрический или овальный проход, повторяющий сечение трубопровода, и фланцы для крепления. Внутренние полости спроектированы для минимального гидравлического сопротивления в открытом состоянии.
• Диск (заслонка). Основной запирающий элемент. В затворах для общих условий часто выполняется из чугуна с покрытием (эпоксидное, никелирование) или нержавеющей стали (AISI 304, 316) для повышения коррозионной стойкости. Форма диска – сферическая или линзообразная – оптимизирована для обеспечения герметичности.
• Уплотнение. Наиболее ответственный узел, определяющий класс герметичности. В современных затворах используется система двойного уплотнения:
  • Седловое уплотнение: Кольцо, установленное в корпусе, в которое при закрытии прижимается диск. Материал – EPDM (для воды, пара, слабоагрессивных сред), NBR (масло, топливо), Viton (FKM) для агрессивных химических сред, PTFE (фторопласт) для высоких требований по химической стойкости.
  • Уплотнение вала: Сальниковое устройство или торцевые уплотнительные кольца, предотвращающие утечку среды по месту прохода вала через корпус.
• Вал (шпиндель). Передает крутящий момент от привода к диску. Обычно изготавливается из углеродистой или нержавеющей стали. Вал может быть цельным (сквозным) или раздельным (двухсоставным).
• Присоединительный фланец. Стандартизирован по ГОСТ 12815-80, DIN EN 1092-2. Наиболее распространенные типы исполнения: плоский (01), с выступом (02), с впадиной (03). Давление (PN) и условный проход (DN) должны строго соответствовать параметрам трубопровода.

Классификация и технические характеристики

Фланцевые чугунные затворы классифицируются по ряду ключевых параметров, которые определяют область их применения.

По типу управления (приводу):

• Ручное управление: С помощью рычажного механизма (с фиксацией в положениях) или маховика (редукторного механизма). Применяется для трубопроводов малых и средних диаметров (до DN300), где усилие для поворота диска невелико.
• Электрический привод (электропривод): Позволяет автоматизировать процесс управления, интегрировать затвор в системы АСУ ТП. Необходим для больших диаметров (от DN200 и выше) или для частых и дистанционных операций.
• Пневматический или гидравлический привод: Используется во взрывоопасных зонах или на объектах с доступными источниками сжатого воздуха/жидкости.

По типу посадки диска на вал:

• С эксцентриситетом (эксцентриковые): Ось диска смещена относительно оси вала и седла. Это позволяет обеспечить «отрыв» диска от седла в начале открытия, значительно снижая трение и износ уплотнения. Наиболее распространенный тип для современных затворов.

Основные технические параметры:

Параметр	Типовые значения / Описание	Стандарт
Условный проход (DN)	От DN40 (50) до DN1200 (1400). Наиболее ходовой ряд: DN50, DN80, DN100, DN150, DN200, DN300, DN400, DN500.	ГОСТ 28338, ISO 6708
Условное давление (PN)	PN6, PN10, PN16, PN25. Для чугунных корпусов максимальное рабочее давление, как правило, ограничено PN16 (16 бар).	ГОСТ 26349, ISO 7268
Температура рабочей среды	Зависит от материала уплотнения: EPDM: -20°C до +120°C; NBR: -20°C до +80°C; FKM: -20°C до +150°C; PTFE: -50°C до +200°C.	—
Класс герметичности	Класс «А» (нулевая утечка) по ГОСТ 9544, или класс «А» по ISO 5208. Для уплотнений из эластомера стандартом является класс «А».	ГОСТ 9544, ISO 5208
Материал корпуса	Серый чугун (СЧ20, GG25), Высокопрочный чугун (ВЧШГ, GGG-40).	ГОСТ 7293, DIN 1691/1693
Направление потока	Затворы, как правило, не чувствительны к направлению потока. Устанавливаются в любом положении (кроме привода сверху). Для регулирования потока требуется проверка паспортной характеристики.	—

Области применения и преимущества

Чугунные фланцевые дисковые затворы широко применяются в системах водоснабжения и водоотведения (холодная и горячая вода, сточные воды), теплоснабжения (сетевой и обратный трубопровод), вентиляции и кондиционирования, на промышленных предприятиях для транспортировки неагрессивных жидкостей, газов и суспензий. Их использование обусловлено рядом преимуществ:

• Компактность и малый строительный вес по сравнению с задвижками того же диаметра, что упрощает монтаж и снижает нагрузку на трубопровод.
• Простота конструкции и обслуживания. Минимальное количество деталей, быстрая замена уплотнительных колец в большинстве моделей без демонтажа затвора с трубопровода.
• Быстрое срабатывание. Поворот на 90° осуществляется за несколько секунд.
• Низкое гидравлическое сопротивление в полностью открытом положении (при условии правильного подбора размера).
• Относительно низкая стоимость, особенно в диапазоне средних диаметров (DN100-DN600).

Ограничения и особенности монтажа

Несмотря на универсальность, дисковые затворы имеют ряд ограничений:

• Ограниченная пригодность для точного регулирования расхода в промежуточных положениях (характеристика регулирования часто нелинейна).
• Чувствительность к чистоте транспортируемой среды. Абразивные включения приводят к быстрому износу уплотнения и поверхности диска.
• Ограничение по давлению (PN16/25 для чугуна) и температуре (определяется уплотнением).
• При монтаже необходимо обеспечить соосность фланцев трубопровода, чтобы избежать перекоса корпуса затвора, ведущего к заклиниванию диска и нарушению герметичности.
• Запрещается использование монтажных рычагов для затяжки болтов сверх номинального момента. Затяжка фланцевых соединений должна производиться крест-накрест по диагонали.
• Рекомендуется устанавливать затвор с возможностью доступа к приводной части и шпинделю для обслуживания. При использовании электрического привода необходимо предусмотреть опорную конструкцию (консоль) для снятия нагрузки с корпуса затвора.

Сравнение с другими типами запорной арматуры

Параметр	Дисковый затвор (чугунный, фланцевый)	Задвижка клиновая фланцевая	Шаровой кран фланцевый
Габариты (длина)	Минимальные	Максимальные	Малые
Вес	Малый	Большой	Средний
Время открытия/закрытия	Очень малое (1/4 оборота)	Большое (много оборотов)	Очень малое (1/4 оборота)
Регулирование потока	Ограниченное	Непригодно	Допустимо (специальные исполнения)
Гидравлическое сопротивление (открытое состояние)	Низкое (диск в протоке)	Очень низкое (прямой проход)	Очень низкое (прямой проход)
Стоимость (DN300, PN16)	Низкая	Высокая	Высокая
Ремонтопригодность уплотнения	Высокая (часто без демонтажа)	Сложная (требуется демонтаж)	Сложная (требуется демонтаж)

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное различие между затвором с эксцентриком и без?

Затворы без эксцентриситета (концентрические) имеют ось диска, совпадающую с осью седла и вала. При открытии/закрытии диск постоянно трется об уплотнение, что приводит к его быстрому износу и требует значительного усилия для управления. Эксцентриковые затворы имеют смещенную ось диска, что обеспечивает его отрыв от седла в начале поворота. Это резко снижает трение, увеличивает ресурс уплотнения и облегчает управление. Эксцентриковые затворы являются современным стандартом.

Можно ли использовать чугунный затвор для пара?

Да, но с строгими ограничениями. Необходимо выбирать модель, рассчитанную на рабочую температуру пара. Критически важен материал уплотнения: стандартные EPDM или NBR не подходят. Требуется уплотнение из термостойких материалов, таких как PTFE (фторопласт) или специальные композиции на основе EPDM для высоких температур. Также необходимо убедиться, что давление пара не превышает PN затвора, а в системе предусмотрен конденсатоотводчик для предотвращения гидроудара.

Как правильно подобрать размер затвора (DN) под трубопровод?

Условный проход (DN) затвора должен точно соответствовать условному проходу трубопровода. Например, для трубы Ду100 выбирается затвор DN100. Важно также соответствие стандартов фланцев (ГОСТ или DIN) и давления (PN). Не рекомендуется устанавливать затвор меньшего диаметра с переходниками, так как это резко увеличивает гидравлические потери и может вызвать кавитацию.

Требуется ли техобслуживание дисковых затворов?

Да, плановое техническое обслуживание необходимо. Оно включает: визуальный осмотр на предмет наружных повреждений и утечек, проверку легкости хода при ручном управлении (на холостом ходу, без давления), смазку подшипниковых узлов и штока (если это предусмотрено конструкцией), диагностику работы приводов (электрических, пневматических). Периодичность ТО устанавливается паспортом изделия, но обычно составляет 1 раз в 6-12 месяцев.

Почему затвор с ручным рычагом не держит давление, хотя диск повернут до упора?

Вероятные причины: 1) Износ или повреждение седельного уплотнительного кольца (EPDM, NBR и т.д.). Абразивные частицы в среде или химическая деградация материала приводят к потере герметичности. 2) Попадание твердого инородного тела между диском и седлом, препятствующее полному прилеганию. 3) Механическое повреждение поверхности диска (коррозия, кавитационная эрозия). 4) Неправильный монтаж, приведший к перекосу корпуса и, как следствие, диска. Требуется диагностика и, в большинстве случаев, замена уплотнительного кольца.

Допустима ли установка затвора на вертикальном участке трубопровода?

Да, допустима. Однако положение привода (махового колеса, редуктора, электропривода) имеет значение. Рекомендуется, чтобы привод располагался сверху, а не сбоку или снизу. Это предотвращает попадание влаги и загрязнений в узел сальникового уплотнения штока и облегчает доступ для обслуживания. Для электроприводов это правило часто является обязательным.

Что означает маркировка «DN150 PN16» на корпусе?

Эта маркировка указывает на основные присоединительные и прочностные параметры:
DN150 – Условный проход, соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода в миллиметрах (примерно 150 мм).
PN16 – Номинальное (условное) давление. Означает, что затвор рассчитан на работу с носителем, максимальное избыточное рабочее давление которого при температуре 20°C составляет 16 бар (1,6 МПа). С ростом температуры допустимое рабочее давление, как правило, снижается согласно графикам в технической документации.