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.

2. По типу привода

• 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).

3. По конструкции шпинделя (штока)

• 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.

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

• 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.

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:

• 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.

Недостатки:

• 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.

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.