Задвижки
Задвижки: классификация, конструкция, применение и выбор для систем трубопроводов
Задвижка – тип трубопроводной арматуры с запорным органом в виде диска, клина или листа, перемещаемым перпендикулярно оси потока рабочей среды. Основное функциональное назначение – полное перекрытие потока (запорная функция). Регулирование расхода задвижками не предусмотрено и приводит к ускоренному износу уплотнительных поверхностей и вибрации. Конструкция, как правило, симметрична, что позволяет устанавливать ее независимо от направления потока, обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление в открытом положении и простоту обслуживания.
Классификация задвижек
Задвижки систематизируют по нескольким ключевым конструктивным и функциональным признакам.
1. По типу запорного органа
- Клиновые. Запорный элемент выполнен в виде жесткого, упругого или двухдискового клина, который в положении «закрыто» входит в конические седла корпуса.
- С жестким клином: Простая, надежная конструкция. Требует высокой точности изготовления для совпадения угла клина с углом седел. Риск заклинивания при перепадах температур или износе.
- С упругим клином: Клиновой диск имеет подвижное соединение между составляющими его частями, что позволяет ему подстраиваться под угол седел, обеспечивая лучшую герметичность и снижая риск заклинивания.
- С двухдисковым клином: Состоит из двух дисков, закрепленных под углом друг к другу. Диски самоустанавливаются относительно седел, что гарантирует высокую герметичность, снижает усилие на привод и износ. Наиболее сложная и дорогая конструкция.
- Параллельные (шиберные). Уплотнительные поверхности седел расположены параллельно друг другу. Запорный орган – шибер (нож) или два диска с распорным элементом (конусным клином или пружиной) между ними.
- Однодисковые (шиберные): Используются преимущественно для сред с высокой вязкостью или содержащих твердые включения (шламы, пульпы).
- Двухдисковые: Более высокая герметичность благодаря распорному механизму, прижимающему диски к седлам.
- Шланговые (шланговые задвижки). Не имеют седел. Перекрытие потока осуществляется пережимом эластичного шланга, расположенного внутри корпуса, с помощью штока. Применяются для агрессивных, абразивных или вязких сред, где контакт среды с деталями арматуры недопустим.
- Ручной (с маховиком): Применяется для номинальных диаметров до Ду 150-400, где требуемое усилие для перекрытия невелико.
- С редуктором: Устанавливается на задвижки больших диаметров (Ду >300) для снижения крутящего момента, прилагаемого оператором.
- Электрический привод (электропривод): Наиболее распространен в автоматизированных и дистанционно управляемых системах. Позволяет интегрировать задвижку в АСУ ТП. Оборудуется концевыми выключателями и устройствами сигнализации положения.
- Пневматический или гидравлический привод: Используется во взрывоопасных зонах, на объектах с доступными источниками сжатого воздуха или жидкости под давлением (например, в энергетике, на химических производствах).
- С выдвижным шпинделем: Резьбовая часть шпинделя и ходовая гайка расположены снаружи корпуса задвижки. При открывании шпиндель выдвигается на величину хода затвора. Конструкция обеспечивает легкость обслуживания, защиту резьбы от коррозии и абразивного воздействия среды. Имеет большую строительную высоту.
- С невыдвижным шпинделем: Резьбовое соединение находится внутри полости корпуса и контактирует с рабочей средой. Строительная высота постоянна и мала. Применяется при ограниченном пространстве, но только для некоррозионных, неабразивных сред (вода, пар), так как резьба подвержена износу и коррозии.
- Тепловая энергетика: Основные и вспомогательные трубопроводы питательной воды, пара низкого и высокого давления (до 13-14 МПа), конденсата, мазута. Применяются стальные клиновые задвижки с выдвижным шпинделем и электроприводом.
- Водоснабжение и водоотведение: Магистральные и сетевые трубопроводы больших диаметров. Преимущественно чугунные параллельные двухдисковые задвижки с редуктором или электроприводом.
- Нефтегазовая промышленность: Трубопроводы сырой нефти, нефтепродуктов, газа. Применяются полнопроходные стальные задвижки, в том числе с системой подачи смазки в уплотнительный узел (сильфонные или со смазочными карманами).
- Химическая промышленность: Для агрессивных сред используются задвижки из легированных сталей или с футеровкой (резина, фторопласт), а также шланговые задвижки.
- Малое гидравлическое сопротивление в полностью открытом положении.
- Отсутствие поворотов потока внутри корпуса, что снижает эрозию.
- Сравнительная простота конструкции и обслуживания.
- Возможность применения на трубопроводах больших диаметров.
- Двунаправленность потока.
- Большая строительная длина по сравнению с шаровыми кранами, но меньшая высота.
- Большое время открытия/закрытия.
- Значительные усилия на привод, особенно у задвижек больших диаметров.
- Рабочая среда застаивается в полости корпуса, что критично для вязких или застывающих сред.
- Износ уплотнительных поверхностей в зоне контакта седло-диск, сложность ремонта на месте.
- Невозможность применения для регулирования потока.
2. По типу привода
3. По конструкции шпинделя (штока)
4. По материалу корпуса и уплотнений
Выбор материала определяется параметрами рабочей среды (давление, температура, химическая агрессивность).
| Материал корпуса | Область применения | Температурный диапазон | Номинальное давление (примерно) |
|---|---|---|---|
| Чугун (серый, ковкий) | Водоснабжение, канализация, неагрессивные среды. | -15…+300°C | До PN16 |
| Углеродистая сталь (Ст20, 25Л) | Пар, вода, нефтепродукты, неагрессивные газы при повышенных температурах и давлениях. | -40…+425°C | До PN250 |
| Легированная сталь (09Г2С, 12Х18Н9Т, 15Х5М) | Агрессивные среды, высокие/низкие температуры (химия, энергетика, нефтепереработка). | -60…+600°C | До PN250 |
| Латунь, бронза | Морская вода, пар, неагрессивные жидкости и газы в ЖКХ и судостроении. | -60…+200°C | До PN40 |
Уплотнительные поверхности (седла/диск) могут быть выполнены из основного материала корпуса (сталь/сталь) или иметь наплавку из коррозионно-стойких сплавов (стеллит, эридит), а также мягкие уплотнения (EPDM, NBR, PTFE) для обеспечения высокой герметичности при низких давлениях.
Конструктивные особенности и принцип работы
Основные элементы задвижки: корпус с крышкой, образующие полость; запорный орган (клин, диски); шпиндель (шток); седла (часто являются частью корпуса или запрессованы в него); сальниковое уплотнение; приводное устройство (маховик, редуктор, электропривод).
Принцип работы основан на возвратно-поступательном движении шпинделя, передающем крутящий момент от привода на запорный орган. При вращении маховика по часовой стрелке шпиндель опускается, затвор входит в седла и перекрывает проход. При вращении против часовой стрелки – поднимается, освобождая проходное сечение. В задвижках с двухдисковым клином диски под действием распорного элемента раздвигаются, плотно прижимаясь к седлам в закрытом положении, и сходятся при открывании, освобождаясь от контакта.
Области применения в энергетике и промышленности
Критерии выбора задвижки
Выбор осуществляется на основе технических условий эксплуатации и требований нормативной документации (ГОСТ, ТУ).
| Критерий | Параметры для выбора | Комментарий |
|---|---|---|
| Условный проход (Ду, DN) | От Ду 50 до Ду 2000 и более | Должен соответствовать диаметру трубопровода. Полнопроходные задвижки имеют сечение, равное сечению трубы. |
| Условное давление (Ру, PN) | PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250 | Рабочее давление должно быть меньше или равно условному. Учитывается при испытаниях. |
| Температура рабочей среды | От криогенных (-196°C) до высокотемпературных (+600°C и выше) | Определяет материал корпуса, тип уплотнений и конструкцию (компенсация тепловых расширений). |
| Характер рабочей среды | Вода, пар, газ, нефтепродукты, агрессивные химикаты, абразивные суспензии | Определяет материал корпуса, тип уплотнений, конструкцию запорного органа (например, шланговая для абразивов). |
| Тип управления | Ручное, редукторное, электрическое, пневматическое | Зависит от места установки, частоты использования, требований к автоматизации. |
| Требования к герметичности | Классы А, В, С, D по ГОСТ 9544 (от нулевой протечки до промышленных норм) | Для опасных сред выбираются классы А или В. Указывается для затвора и сальникового уплотнения. |
| Климатическое исполнение | У, ХЛ, УХЛ, Т по ГОСТ 15150 | Важно для наружной установки или работы в условиях низких/высоких температур окружающей среды. |
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Монтаж задвижки должен производиться на прямом участке трубопровода с обеспечением доступа для обслуживания привода и сальника. Перед установкой обязательна проверка на отсутствие внутренних повреждений и посторонних предметов. Направление потока, как правило, не регламентировано, но рекомендуется устанавливать задвижку маховиком вверх. Приварные задвижки монтируются с соблюдением режимов сварки и последующей термообработки, если это требуется по материалам. Фланцевые задвижки устанавливаются с правильно подобранными прокладками и равномерной затяжкой болтов по крестовине.
Эксплуатация: Запрещается использовать задвижку в качестве регулирующего органа. Положение «открыто»/«закрыто» – крайние. В промежуточных положениях возникает кавитация, ведущая к эрозии металла. При эксплуатации необходимо контролировать состояние сальникового уплотнения, наличие смазки в резьбовых соединениях и приводе.
Техническое обслуживание включает периодическую проверку на герметичность, подтяжку сальникового уплотнения (при наличии сальника), смазку подвижных частей привода и шпинделя, проверку работы концевых выключателей и тормоза электропривода.
Преимущества и недостатки задвижек
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем ключевое отличие задвижки от шарового крана и когда что выбирать?
Задвижка перемещает затвор перпендикулярно потоку, шар крана – поворачивается вокруг оси. Кран быстрее срабатывает (1/4 оборота), имеет более высокую герметичность, компактную длину, но большее гидравлическое сопротивление и ограничения по диаметру (как правило, до Ду 500-700). Задвижка – для магистральных трубопроводов больших диаметров (Ду 300+), где критично низкое сопротивление, а скорость перекрытия второстепенна. Кран – для сетей меньших диаметров, где важна скорость, компактность и герметичность.
Почему задвижку нельзя использовать для регулирования расхода?
В промежуточных положениях поток с высокой скоростью обтекает кромку затвора, вызывая кавитацию (схлопывание пузырьков пара) и вибрацию. Это приводит к эрозионному разрушению уплотнительных поверхностей седел и диска, потере герметичности и возможному разрушению корпуса. Для регулирования применяются клапаны (вентили) или специальная регулирующая арматура.
Что означает «задвижка с обрезиненным клином» и где она применяется?
Это клиновая задвижка, у которой металлический диск с двух сторон покрыт слоем эластомера (чаще EPDM или NBR). При закрытии резина плотно обжимается металлическими седлами корпуса, обеспечивая герметичность класса «А» (нулевая протечка). Применяется преимущественно в системах водоснабжения и водоотведения (холодная и горячая вода) на давления до PN16-25. Не подходит для пара, агрессивных сред и высоких температур.
Как правильно выбрать тип привода для задвижки?
Ручной привод (маховик) – для диаметров до Ду150-200, редких операций. Редуктор – для ручного управления задвижками больших диаметров (Ду300+), снижает усилие. Электропривод – для частых операций, дистанционного управления, интеграции в АСУ. Обязателен для аварийно-защитной арматуры. Пневмопривод – для взрывоопасных зон, объектов со своей воздушной сетью (например, ТЭЦ). Выбор основывается на анализе доступности источника энергии, требований к скорости срабатывания и взрывозащиты.
Что такое «задвижка с системой смазки» и для чего она нужна?
Это задвижка, в конструкции которой предусмотрены каналы для подачи специальной консистентной смазки под давлением в зону контакта седло-диск и сальниковый узел. Смазка выполняет несколько функций: улучшает герметичность, снижает трение и усилие при эксплуатации, защищает уплотнительные поверхности от коррозии и абразивного износа. Применяется на критичных трубопроводах с агрессивными средами, высокими параметрами, а также на магистральных газо- и нефтепроводах.
Как часто и что именно нужно обслуживать в задвижке с электроприводом?
Периодичность ТО устанавливается производителем, но не реже 1 раза в 6-12 месяцев. В объем работ входит: проверка герметичности сальника и фланцевых соединений; контроль уровня/замена масла в редукторе привода; проверка износа щеток электродвигателя; проверка и настройка концевых выключателей и момента срабатывания; проверка состояния тормоза; смазка открытых зубчатых передач и подшипников; измерение сопротивления изоляции обмоток электродвигателя.
Каковы основные причины заклинивания задвижки и как этого избежать?
Основные причины: коррозия и отложения в направляющих пазах или на шпинделе; перекос при монтаже; тепловые деформации трубопровода; попадание твердых частиц в зазор между диском и седлом. Меры профилактики: правильный монтаж на неподвижных опорах с учетом компенсации тепловых удлинений; периодическая обкатка арматуры (полный цикл открытие-закрытие) на стояках, которые редко используются; применение задвижек с упругим или двухдисковым клином, менее склонных к заклиниванию; установка фильтров перед арматурой.