Клапаны запорные ДУ 100 мм: конструкция, типы, применение и подбор

Запорный клапан Ду 100 (номинальный диаметр 100 мм, соответствует DN 100) – это трубопроводная арматура, предназначенная для полного перекрытия потока рабочей среды. Принцип его действия основан на возвратно-поступательном движении затвора (золотника) параллельно оси потока среды, который садится на седло корпуса. В отличие от задвижек, клапаны (часто называемые вентилями) обеспечивают более высокую герметичность в закрытом положении, лучше поддаются регулировке, но имеют большее гидравлическое сопротивление из-за изменения направления потока в корпусе.

Конструктивные особенности и основные элементы

Конструкция запорного клапана Ду 100 включает несколько ключевых узлов:

• Корпус. Изготавливается из литья, ковки или штамповки. Материал определяется рабочими параметрами: чугун (серый, высокопрочный) для воды, пара невысоких параметров; углеродистая сталь (20, 25Л) для средних давлений и температур; легированная (09Г2С, 12Х18Н9Т, 15Х5М) и нержавеющая сталь (12Х18Н10Т) для агрессивных сред, высоких температур и давлений. Фланцы корпуса по ГОСТ 33259-2015 (ранее ГОСТ 12815-80) имеют диаметр 205 мм под 12 болтов при исполнении фланцев 1 (Ру16).
• Затвор (золотник). Подвижный элемент, соединенный со шпинделем. Форма уплотнительных поверхностей – игольчатая (конусная) или тарельчатая (плоская). Материал уплотнения – часто фторопласт (Ф4), реже латунь, бронза, или наплавка коррозионно-стойким сплавом (стеллит).
• Шпиндель (шток). Может быть выдвижным (для визуального контроля положения) или невыдвижным. Резьба – трапецеидальная или упорная. Для агрессивных сред применяются шпиндели из нержавеющей стали.
• Уплотнение шпинделя (сальниковое устройство). Обеспечивает герметичность по отношению к внешней среде. Стандартно включает сальниковую набивку (Асбест графитовый, ФУМ, ТОР), нажимную втулку и сальниковую гайку. В современных исполнениях применяются сильфонные узлы, обеспечивающие абсолютную герметичность.
• Привод. Ручной (маховик), электрический (электропривод), пневматический или гидравлический. Для Ду 100 ручное управление требует значительного усилия, особенно при высоких давлениях, поэтому часто предусматривается редуктор или установка привода.

Классификация и типы клапанов Ду 100

Клапаны Ду 100 различаются по нескольким ключевым признакам:

1. По способу герметизации

• Сальниковые. Наиболее распространенный тип. Требуют периодической подтяжки сальника.
• Сильфонные. Шпиндель герметизирован сильфонным узлом (гофрированной трубкой). Применяются для токсичных, радиоактивных, дорогостоящих сред, где утечки недопустимы.

2. По материалу корпуса

• Чугунные (латунный/фторопластовый золотник) – Ру до 1,6 МПа, t до 200°C.
• Стальные (углеродистые, легированные, нержавеющие) – Ру до 16-25 МПа и выше, t до 560°C.
• Бронзовые/латунные – для специфических сред в судовых системах, ЖКХ.

3. По типу присоединения к трубопроводу

• Фланцевые. Наиболее распространены для Ду 100. Обеспечивают прочное, разъемное соединение, удобное для монтажа/демонтажа.
• Приварные. Корпус приваривается к трубопроводу. Применяются на ответственных высокотемпературных и высокодавленных линиях, где недопустимы фланцевые протечки.
• Муфтовые (резьбовые). Для Ду 100 встречаются редко, в основном в специальном исполнении.

4. По направлению потока

• Проходные. Поток на входе и выходе имеет одно направление. Наиболее распространены, но создают максимальное сопротивление.
• Угловые. Меняют направление потока на 90°. Могут устанавливаться в углах трубопроводных систем, что экономит пространство и один отвод.
• Прямоточные. Конструкция с наклонным шпинделем, обеспечивающая меньшее гидравлическое сопротивление, но более сложная и длинная.

Основные технические характеристики и параметры выбора

При подборе клапана запорного Ду 100 необходимо учитывать следующие параметры:

Таблица 1. Основные параметры клапанов запорных Ду 100

Параметр	Типичные значения / Варианты	Примечания
Условный диаметр (Ду, DN)	100 мм	Фактический внутренний диаметр может незначительно отличаться.
Условное давление (Ру, PN)	1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0; 16,0; 25,0 МПа	Зависит от материала и конструкции. Чугун обычно до Ру16.
Рабочая температура	От -60°C до +600°C	Определяется материалом корпуса и уплотнений.
Рабочая среда	Вода, пар, нефтепродукты, масла, аммиак, агрессивные химические среды, газы	Материал корпуса, золотника и уплотнений должен быть коррозионно-стойким к среде.
Класс герметичности	А, В, С по ГОСТ 9544-2016	Класс А – нулевые допускаемые утечки, для сильфонных и запорно-регулирующих.
Тип управления	Ручное (маховик, редуктор), электрический привод, пневмопривод	Выбор зависит от частоты использования, доступности и требований к автоматизации.
Климатическое исполнение	У, УХЛ, ХЛ, Т по ГОСТ 15150-69	Важно для наружной установки или работы в условиях низких/высоких температур.

Области применения

Клапаны Ду 100 находят применение в системах, требующих надежного отсечения участка с умеренным гидравлическим сопротивлением:

• Теплоэнергетика: Вспомогательные линии питательной воды, дренажные линии, системы подпитки, трубопроводы пара низкого и среднего давления.
• Нефтегазовая отрасль: Технологические линии, обвязка резервуаров, системы пожаротушения.
• Химическая промышленность: Трубопроводы с агрессивными средами (кислоты, щелочи) в исполнении из нержавеющей или легированной стали с соответствующими уплотнениями.
• ЖКХ: Вводы тепловых сетей в здания (тепловые пункты ИТП, ЦТП), магистральные линии водоснабжения и отопления.
• Судостроение: Системы балластные, противопожарные, топливные.

Стандарты и нормативная база

Производство и испытания клапанов регламентируются рядом стандартов:

• ГОСТ 33259-2015: Фланцы стальные приварные. Технические условия (параметры присоединительных фланцев).
• ГОСТ 9544-2016: Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов.
• ГОСТ 5761-2005: Арматура трубопроводная на Ру от 0,1 до 100 МПа. Общие технические условия.
• ГОСТ 9697-87: Клапаны запорные на Ру до 250 МПа. Основные параметры.
• ГОСТ 12.2.063-2017: Арматура трубопроводная. Общие требования безопасности.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж фланцевого клапана Ду 100 осуществляется на подготовленный трубопровод с установленными ответными фланцами. Необходимо соблюдать соосность, использовать прокладки (паронит, фторопласт, спирально-навитые), соответствующие среде и параметрам. Затяжку болтов/шпилек производить крест-накрест с рекомендуемым моментом затяжки. Запрещается использовать клапан в качестве опоры для трубопровода или прикладывать к нему изгибающие моменты.

Эксплуатация включает периодический контроль за состоянием сальникового уплотнения (при наличии), подтяжку сальниковой набивки, проверку легкости хода шпинделя. При появлении протечек по затвору требуется притирка или замена уплотнительных поверхностей. Хранение – в закрытом сухом помещении, затвор в закрытом положении, фланцевые поверхности защищены.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается клапан запорный Ду 100 от задвижки того же диаметра?

Клапан имеет более сложную конфигурацию потока (два поворота на 90°), что ведет к более высокому гидравлическому сопротивлению. Его затвор движется параллельно потоку, садясь на седло, что обеспечивает лучшую герметичность и пригодность для регулирования. Задвижка имеет прямоточную конструкцию, затвор движется перпендикулярно потоку, она менее герметична в закрытом положении, но имеет минимальные потери давления. Для частого переключения и регулировки предпочтительнее клапан.

Можно ли использовать запорный клапан для регулирования расхода среды?

Конструктивно запорные клапаны, особенно с конусным (игольчатым) золотником, могут выполнять грубое регулирование расхода. Однако для точного и долговременного регулирования предназначены специальные запорно-регулирующие клапаны, которые имеют точную характеристику (линейную, равнопроцентную) и рассчитаны на работу в условиях кавитации и высоких перепадов давлений. Использование запорного клапана для регулирования может привести к быстрому износу уплотнительных поверхностей и потере герметичности.

Что означает маркировка «15с18нж Ду100 Ру16»?

Это условное обозначение по ГОСТ 9697-87: «15» – тип арматуры (запорный клапан), «с» – материал корпуса (сталь углеродистая), «18» – номер модели, «нж» – материал уплотнительных поверхностей (нержавеющая сталь), «Ду100» – номинальный диаметр 100 мм, «Ру16» – условное давление 1,6 МПа (16 кгс/см²).

Как подобрать материал корпуса клапана для агрессивной среды?

Выбор осуществляется по коррозионной стойкости материала в конкретной среде с учетом концентрации и температуры. Используются справочники по коррозии, отраслевые стандарты. Для соляной кислоты – сплавы с высоким содержанием никеля и молибдена (ХН65МВ, Хастеллой); для горячей азотной кислоты – нержавеющая сталь 12Х18Н10Т; для щелочей – углеродистая сталь. Часто проводятся натурные испытания образцов материалов.

Почему для пара высоких параметров применяются исключительно стальные клапаны с приварным присоединением?

Приварное присоединение исключает возможность протечек через фланцевое соединение, которое является слабым звеном при высоких температурах и давлениях (ползучесть материала, ослабление затяжки). Сталь сохраняет прочностные характеристики при температурах свыше 350°C, в то время как чугун подвержен хрупкому разрушению и не применяется.

Как часто требуется обслуживать сальниковое уплотнение клапана Ду 100?

Периодичность зависит от условий эксплуатации (температура, давление, цикличность работы). При появлении капельной течи по шпинделю (допустимо по нормативам для сальниковых уплотнений) требуется подтяжка сальниковой гайки. При чрезмерной затяжке возможно заедание шпинделя. При износе набивки (течь не устраняется подтяжкой) необходима ее полная замена. В среднем, профилактический осмотр и подтяжку рекомендуется проводить не реже 1 раза в 6 месяцев.