Затворы дисковые межфланцевые с электроприводом
Затворы дисковые межфланцевые с электроприводом: конструкция, применение и выбор
Затвор дисковый межфланцевый (или поворотный дисковый затвор) с электроприводом представляет собой компактную запорную или регулирующую арматуру, в которой запирающий элемент выполнен в виде диска, вращающегося вокруг оси, перпендикулярной или расположенной под углом к направлению потока рабочей среды. Установка электропривода преобразует данное устройство в автоматизированный узел, способный дистанционно или по сигналу системы управления осуществлять открытие, закрытие и, в ряде случаев, точное регулирование потока. Конструкция «межфланцевого» типа подразумевает монтаж корпуса затвора между ответными фланцами трубопровода без необходимости собственного фланцевого крепления, что обеспечивает минимальную строительную длину и массу.
Конструктивные особенности и основные компоненты
Устройство затвора дискового межфланцевого с электроприводом состоит из двух основных агрегатов: собственно затвора и электроприводной головки (электропривода).
1. Корпус и диск
Корпус, как правило, литой (из чугуна, стали, нержавеющей стали, алюминиевых сплавов), имеет цилиндрическую или близкую к ней форму. Внутри корпуса на подшипниках вращается ось (шпиндель), жестко соединенная с диском. Диск – основной запирающий элемент – может быть выполнен из того же материала, что и корпус, или из коррозионно-стойкого сплава. Для обеспечения герметичности в закрытом положении используется уплотнение:
- Сальниковое уплотнение шпинделя: традиционное, требует обслуживания.
- Сильфонное уплотнение: для агрессивных или опасных сред.
- Уплотнение «металл по металлу»: для высоких температур.
- Электродвигатель (обычно асинхронный): источник вращения.
- Редуктор (червячный, цилиндрический, планетарный): понижает скорость вращения и увеличивает выходной крутящий момент.
- Блок управления и концевые выключатели: ограничивают ход диска в положениях «Открыто» и «Закрыто».
- Позиционер (опционально): устройство для точного позиционирования диска в промежуточных положениях, необходимо для регулирующих функций.
- Ручной дублер (аварийный привод): механизм для ручного управления при отключении электропитания.
- Водоподготовка и очистные сооружения: управление потоками исходной, технической и очищенной воды, реагентов.
- Теплоэнергетика (котельные, ТЭЦ): в системах теплоснабжения (сетевой воде, паре низкого давления), химводоочистки, вентиляции.
- Вентиляция и газоснабжение: регулирование потоков воздуха и газов в системах вентиляции, дымоудаления, на газопроводах низкого давления.
- Химическая и нефтегазовая промышленность: для неагрессивных сред и сред низкого давления в качестве запорной арматуры на вспомогательных линиях.
- Системы пожаротушения: в качестве узлов управления в спринклерных и дренчерных системах.
- Компактность и малая строительная длина: существенно меньше, чем у задвижек или шаровых кранов сопоставимого диаметра.
- Малый вес: снижает нагрузку на трубопровод и опоры.
- Быстрое срабатывание: время полного открытия/закрытия обычно составляет от 15 до 60 секунд.
- Простота монтажа и обслуживания: установка между фланцами упрощает монтаж.
- Возможность использования для регулирования: с соответствующим приводом и позиционером.
- Относительно низкая стоимость на больших диаметрах по сравнению с другой запорной арматурой.
- Ограниченное рабочее давление: как правило, не более PN 25.
- Наличие «мёртвой зоны» в регулировании: при положениях диска, близких к закрытому, характеристика регулирования нелинейна.
- Гидродинамический момент: поток среды создает значительный крутящий момент на диске, особенно в промежуточных положениях, что требует привода с большим выходным моментом.
- Ограничения по температуре из-за материала уплотнения.
- Падение давления: даже в полностью открытом положении диск создает гидравлическое сопротивление.
2. Электропривод
Электропривод – это устройство, преобразующее электрическую энергию во вращательное движение шпинделя затвора. Основные компоненты привода:
Классификация и технические параметры
Выбор конкретной модели определяется комплексом технических характеристик, которые должны соответствовать условиям эксплуатации.
Таблица 1: Основные параметры выбора затвора
| Параметр | Варианты исполнения / Единицы измерения | Комментарий |
|---|---|---|
| Условный диаметр (DN) | от DN 50 до DN 1200 и более | Стандартный ряд по ГОСТ, ISO, DIN. Межфланцевые затворы особенно эффективны на больших диаметрах. |
| Условное давление (PN) | PN 6, PN 10, PN 16, PN 25, Class 150, Class 300 | Рабочее давление, как правило, не превышает 16-25 бар для стандартных конструкций. |
| Тип уплотнения диска | Резиновое (EPDM, NBR, Viton), металлическое, тефлоновое (PTFE) | Определяет температурный диапазон и химическую стойкость. EPDM для воды, NBR для масел, FKM для агрессивных сред. |
| Материал корпуса и диска | Чугун (GG25, EN-JS1030), сталь углеродистая (WCB), нержавеющая сталь (CF8/304, CF8M/316), алюминий, дуплексные стали | Выбор по давлению, температуре и коррозионной активности среды. |
| Температура рабочей среды | От -40°C до +200°C (зависит от уплотнения) | Для экстремальных температур требуются специальные исполнения. |
| Тип управления электроприводом | Двухпозиционный («Открыть-Закрыть»), многооборотный регулирующий, модулирующий | Зависит от задачи: запорная или регулирующая арматура. |
| Крутящий момент на выходе привода | От 10 Нм до нескольких тысяч Нм | Должен превышать требуемый момент затвора с запасом 20-30%. |
| Степень защиты привода (IP) | IP54, IP65, IP67, IP68 | Определяет защиту от пыли и влаги. Для улицы – не ниже IP65. |
| Взрывозащита (Ex) | Ex d, Ex e, Ex i | Обязательна для применения во взрывоопасных зонах. |
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Затворы с электроприводом находят широкое применение благодаря возможности интеграции в АСУ ТП.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
Недостатки и ограничения:
Критерии выбора и особенности монтажа
Выбор конкретной модели должен основываться на детальном анализе условий технологического процесса.
Таблица 2: Алгоритм выбора затвора с электроприводом
| Этап | Рассматриваемые параметры | Действие |
|---|---|---|
| 1. Анализ рабочей среды | Агрегатное состояние, химический состав, температура, давление, наличие абразивных частиц. | Определение материала корпуса, диска и типа уплотнения. |
| 2. Определение параметров трубопровода | Условный диаметр (DN), номинальное давление (PN), тип фланцевого соединения (стандарт, класс герметичности). | Выбор типоразмера затвора и его давления. |
| 3. Определение функции арматуры | Запорная, запорно-регулирующая, регулирующая, отсечная. | Выбор типа электропривода (2-х позиционный или регулирующий), необходимости позиционера. |
| 4. Расчет требуемого крутящего момента | Момент трения в уплотнениях, момент от перепада давления, динамический момент от потока, запас (20-30%). | Выбор электропривода с номинальным выходным моментом, превышающим расчетный. |
| 5. Условия окружающей среды | Температура, наличие влаги, пыли, взрывоопасной зоны. | Выбор степени защиты (IP) и взрывозащищенного исполнения (Ex) привода. |
| 6. Требования к управлению | Напряжение питания (220В/380В), тип управляющего сигнала («Сухой контакт», 4-20 мА), протокол связи (Modbus, Profibus). | Выбор блока управления и опций коммутации. |
Монтаж: Установка требует аккуратности. Фланцы трубопровода должны быть параллельны, прокладка (обычно поставляется с затвором) установлена правильно. Запрещается использовать болты чрезмерной длины, которые могут упереться в диск и заблокировать его вращение. Затяжку болтов следует производить крест-накрест с рекомендованным моментом затяжки. Электропривод монтируется согласно инструкции, с обеспечением соосности. После монтажа обязательна проверка хода затвора вручную (с помощью дублера) и на электроприводе без давления, а затем под рабочим давлением.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем ключевое отличие межфланцевого затвора от фланцевого?
Межфланцевый затвор не имеет собственных фланцев. Его корпус зажимается между фланцами трубопровода с помощью шпилек или болтов, проходящих через его корпус. Фланцевый затвор имеет собственные ответные фланцы, которые болтами крепятся к фланцам трубопровода. Межфланцевая конструкция легче и компактнее.
Можно ли использовать затвор с электроприводом для точного регулирования расхода?
Да, но с важными оговорками. Для этого необходим специальный многооборотный регулирующий электропривод с аналоговым позиционером (4-20 мА) и соответствующий сигнал от контроллера. Следует помнить о нелинейной расходной характеристике и наличии «мёртвой зоны» вблизи положения закрыто, что может ухудшить качество регулирования на малых расходах.
Как правильно подобрать крутящий момент электропривода для затвора?
Момент складывается из: 1) Момента трения в уплотнениях (зависит от размера, давления, материала). 2) Момента от перепада давления на диске (максимален в промежуточных положениях). 3) Динамического момента от потока. Производители затворов предоставляют графики или таблицы требуемого момента для каждого типоразмера в зависимости от давления. К полученному значению необходимо добавить запас 20-30%. Выбор привода с недостаточным моментом приведет к его остановке и аварии.
Что важнее при выборе: степень защиты IP или климатическое исполвание?
Оба параметра критичны. Степень защиты IP (Ingress Protection) гарантирует защиту от попадания твердых тел и воды внутрь корпуса привода. Для установки на улице требуется не менее IP65. Климатическое исполнение (У, УХЛ, Т по ГОСТ) определяет рабочий диапазон температур окружающего воздуха и стойкость к атмосферным воздействиям. Для северных регионов необходимо исполнение, допускающее работу при температурах ниже -40°C, часто с дополнительным обогревом.
Нужно ли обслуживать затворы с электроприводом после установки?
Да, плановое техническое обслуживание обязательно. Оно включает: визуальный осмотр, проверку герметичности, контроль состояния уплотнений, проверку работоспособности концевых выключателей и точности позиционирования (для регулирующих приводов), смазку механических частей согласно регламенту производителя. Периодичность ТО устанавливается в зависимости от интенсивности работы и условий среды.
Почему затвор может не закрыться до конца или «протекать» после установки?
Основные причины: 1) Недостаточный крутящий момент привода. 2) Механическое препятствие в трубопроводе (окалина, посторонний предмет), попавшее в седло. 3) Износ или повреждение уплотнительного кольца на диске. 4) Неправильный монтаж (перекос между фланцами, деформация корпуса при затяжке). 5) Длинные болты, упирающиеся в диск. Перед поиском неисправности в приводе необходимо вручную (через дублер) проверить легкость хода затвора.
Заключение
Затвор дисковый межфланцевый с электроприводом является эффективным техническим решением для автоматизации запорных и регулирующих функций на трубопроводах больших диаметров с умеренными давлениями в энергетике, ЖКХ и промышленности. Его выбор требует комплексного учета характеристик рабочей среды, параметров трубопровода, требуемой функции и условий окружающей среды. Правильный расчет крутящего момента и внимательный монтаж – ключевые факторы надежной и долговременной работы арматурного узла. Интеграция таких затворов в современные системы АСУ ТП позволяет создавать высокоэффективные, управляемые и безопасные технологические комплексы.