Клапаны запорные с резьбовым соединением

Клапаны запорные с резьбовым соединением: конструкция, применение, стандарты

Запорные клапаны с резьбовым соединением представляют собой тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды. Их ключевая особенность – присоединительные патрубки с наружной или внутренней резьбой, что позволяет осуществлять монтаж без дополнительных фланцев или сварочных работ, путем ввинчивания в ответную резьбу на трубопроводе, фитинге или оборудовании. Данный тип арматуры широко применяется в системах отопления, водоснабжения, газоснабжения, технологических линиях с умеренными параметрами, а также в качестве пробно-спускной и контрольно-измерительной арматуры.

Конструктивные особенности и принцип действия

Основными элементами запорного клапана являются корпус, крышка, шпиндель (шток), золотник (затвор) и уплотнительные элементы. Принцип действия основан на возвратно-поступательном движении шпинделя, который передает усилие от маховика на золотник. Золотник, перемещаясь перпендикулярно оси потока, садится на седло, герметично перекрывая проходное отверстие. Резьбовое соединение может быть выполнено на концах патрубков корпуса в виде внутренней (гайка) или наружной (штуцер) резьбы стандартных типоразмеров. Для обеспечения герметичности подвижного соединения шпиндель-крышка используется сальниковое уплотнение (набивка из графита, PTFE, асбеста) или сильфонный узел (для критических сред).

Классификация и типы

Запорные клапаны с резьбой классифицируются по нескольким ключевым признакам.

По типу резьбы и стандарту присоединения:

• Резьба трубная цилиндрическая (G, BSPP): Наиболее распространенный тип по ГОСТ 6357, ISO 228. Применяется для воды, воздуха, инертных газов. Герметичность достигается за счет уплотнения на конусе резьбы или с помощью фум-ленты, льна с пастой.
• Резьба трубная коническая (R, BSPT, NPT): По ГОСТ 6211, ISO 7, ANSI/ASME B1.20.1. Обеспечивает герметичность за счет деформации резьбовых витков при свинчивании. Чаще используется для топливных, масляных систем и систем высокого давления.
• Метрическая резьба (M): Реже применяется для присоединения к аппаратуре, гидравлическим компонентам.

По конструкции затвора (золотника):

• Клиновые: Золотник выполнен в форме клина (жесткого, упругого или двухдискового), который входит в коническое седло корпуса. Обеспечивают высокую герметичность, но чувствительны к перекосам и температурным деформациям.
• Параллельные (шаровые или тарельчатые): Уплотнительные поверхности седла и золотника параллельны. Герметичность обеспечивается прижатием золотника (чаще в форме тарелки) к седлу через подвижную втулку. Менее подвержены заклиниванию.
• Игольчатые: Имеют конусный золотник с малым углом конуса, позволяющий точно дросселировать поток. Часто используются в качестве запорно-регулирующей арматуры на линиях контроля давления.

По материалу корпуса:

• Латунные и бронзовые (ЛС59-1, CW614N): Коррозионностойкие, обладают хорошей обрабатываемостью. Стандарт для систем ХВС, ГВС, сжатого воздуха с температурой до 150-200°C.
• Чугунные (СЧ20, ВЧ40): Для неагрессивных сред (вода, пар) и более крупных диаметров (Ду15-Ду100). Рабочее давление ниже, чем у латунных.
• Стальные (углеродистые 20, 25Л; нержавеющие 12Х18Н10Т, AISI304/316): Для высоких давлений и температур, агрессивных сред (химия, пар, углеводороды). Нержавеющие клапаны обязательны для пищевой и фармацевтической промышленности.
• Титановые, легированные сплавы: Для специальных применений в агрессивных средах.

Основные технические характеристики и параметры выбора

Выбор клапана определяется параметрами рабочей среды и условиями эксплуатации.

Таблица 1. Ключевые параметры выбора запорного клапана

Параметр	Описание	Типовые значения/варианты
Условный проход (Ду, DN)	Номинальный внутренний диаметр присоединения.	Ду6, Ду8, Ду10, Ду15 (1/2″), Ду20 (3/4″), Ду25 (1″), Ду32 (1 1/4″), Ду40 (1 1/2″), Ду50 (2″).
Условное давление (Ру, PN)	Максимальное избыточное давление при температуре 20°C.	PN10, PN16, PN25, PN40, PN63. Для резьбовых клапанов обычно PN16-PN40.
Рабочая температура	Диапазон температур среды, при котором гарантируется герметичность и работоспособность.	От -60°C (с спец.уплотнениями) до +450°C (стальные). Для латунных: -20°C до +150°C.
Тип резьбы	Стандарт и исполнение резьбового соединения.	G (BSPP) – внутренняя/наружная; R (BSPT) – наружная коническая; Rp (BSPT) – внутренняя коническая; NPT.
Материал корпуса и уплотнений	Определяет коррозионную стойкость и совместимость со средой.	Корпус: латунь, нержавеющая сталь. Уплотнения: EPDM, NBR, FKM (Viton), PTFE (тефлон), графит.
Класс герметичности	Норма максимально допустимой утечки по ГОСТ 9544.	Классы A, B, C, D, СС. Для запорной арматуры обычно не ниже класса B.

Области применения и ограничения

Применение: Резьбовые запорные клапаны устанавливаются на трубопроводах малого и среднего диаметра (до Ду50-Ду80), где не предусмотрена частая разборка линии. Основные сферы: внутренние сети водоснабжения и отопления зданий, обвязка котлов и теплообменников, технологические линии в пищевой и химической промышленности, системы подачи топлива и масла, контрольно-измерительные приборы (КИП), пробоотборные линии, системы пожаротушения, газораспределительные пункты (с учетом специальных требований).

Ограничения: Основное ограничение – диаметр. Для больших диаметров (свыше Ду50) резьбовое соединение становится ненадежным и трудоемким в монтаже, предпочтение отдается фланцевым или сварным соединениям. Не рекомендуется для систем с сильными вибрациями и для частых циклов открытия-закрытия (более нескольких раз в сутки), где предпочтительнее шаровые краны. Также не применяются для сред с высоким содержанием абразивных частиц, ускоряющих износ уплотнительных поверхностей золотника и седла.

Стандарты и нормативная документация

• ГОСТ 5762-2002: Арматура трубопроводная промышленная. Задвижки на Ру от 0,1 до 250 МПа. Общие технические условия.
• ГОСТ 3326-86: Клапаны запорные проходные на Ру до 250 МПа. Конструкция и размеры.
• ГОСТ 9544-2015: Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов.
• ГОСТ 6357-81: Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая.
• ISO 17292:2015: Металлические шаровые краны для нефтяной, нефтехимической и смежных отраслей промышленности (релевантно для материалов и испытаний).
• ASME B16.34: Valves – Flanged, Threaded, and Welding End.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж осуществляется путем ввинчивания клапана в ответную резьбу трубопровода. Необходимо избегать приложения чрезмерного крутящего момента, чтобы не повредить корпус. Для герметизации используется уплотнительная нить, фум-лента или лен с уплотнительной пастой, наносимые на наружную резьбу. Важно соблюдать направление потока среды, которое указывается стрелкой на корпусе клапана. В большинстве конструкций поток должен подходить под золотник. Эксплуатация требует периодической проверки на герметичность и состояния сальникового уплотнения. При появлении течи по шпинделю необходимо подтянуть сальниковую гайку или произвести замену сальниковой набивки. Хранение – в закрытых помещениях, с заглушками на присоединительных патрубках.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие клапана от шарового крана?

Запорный клапан регулирует поток за счет перемещения золотника параллельно оси потока с переменным гидравлическим сопротивлением, что позволяет его использовать для дросселирования, но создает высокие потери давления. Шаровой кран имеет сферический затвор с сквозным отверстием и работает на поворот на 90 градусов. Он обладает малым гидравлическим сопротивлением в открытом состоянии, но предназначен только для полного открытия/закрытия, дросселирование им приводит к быстрому износу и кавитации.

Как правильно выбрать тип резьбы (G или R) и что означает обозначение G1/2″?

Обозначение G1/2″ означает цилиндрическую трубную резьбу (BSPP) с условным проходом 1/2 дюйма (около 15 мм). Буква G указывает на цилиндрическую форму. Резьба R (коническая) обеспечивает герметичность соединения самой резьбой. Выбор зависит от стандарта системы: в РФ и ЕС для водоснабжения чаще используется G-резьба с уплотнением на конусе; в системах высокого давления, топливных и американских стандартах – NPT или BSPT (R). Несовместимые типы резьб свинчивать запрещено.

Какие уплотнительные материалы (прокладки, сальники) выбрать для горячей воды (110°C) и пара?

Для горячей воды до 110°C подойдет EPDM (этилен-пропиленовый каучук). Для насыщенного пара с температурой свыше 140°C необходимо применять термостойкие материалы: PTFE (тефлон), графитовая набивка или паронит. Для сальниковых уплотнений штока в паровых системах стандартом является графитовая набивка.

Почему клапан может пропускать среду в закрытом положении?

Причины могут быть следующие: износ или механическое повреждение уплотнительных поверхностей золотника и седла (эрозия, кавитация, абразивный износ); попадание твердых частиц на посадочные поверхности; недостаточное усилие закрытия; деформация корпуса или штока из-за перегрузок или температурных напряжений; неправильный монтаж (установка против направления потока). Требуется разборка, осмотр и притирка золотника/седла или замена изношенных деталей.

Допустимо ли использование латунного клапана на стальном трубопроводе?

Да, допустимо с точки зрения механики и химии, если параметры среды (давление, температура) соответствуют характеристикам клапана. Однако необходимо учитывать электрохимическую коррозию (биметаллическую пару). В сухих системах или системах с низкой электропроводностью воды риск невелик. В системах с высокой минерализацией воды или при постоянном контакте с влажной средой рекомендуется изолировать резьбовое соединение диэлектрическими прокладками или использовать клапаны из однородного материала с трубопроводом.

Как интерпретировать маркировку на корпусе клапана?

Стандартная маркировка включает: наименование или товарный знак производителя; условное давление (PN); условный проход (DN или Ду); направление потока (стрелка); материал корпуса (например, латунь – Brass, нержавеющая сталь – SS304); номер партии или серии. На клапанах для газовых систем дополнительно ставится маркировка «ГАЗ» или указание типа газа.

Заключение

Запорные клапаны с резьбовым соединением остаются незаменимым элементом для монтажа на трубопроводах малых диаметров в различных отраслях. Их правильный выбор, основанный на анализе параметров среды, материала, типа резьбы и конструктивного исполнения, гарантирует долговечную и безопасную эксплуатацию системы. Понимание конструктивных особенностей, областей применения и ограничений, а также соблюдение правил монтажа и обслуживания позволяют минимизировать риски отказов и обеспечить надежное функционирование технологических линий и инженерных сетей.