Задвижки чугунные фланцевые с электроприводом

Задвижки чугунные фланцевые с электроприводом: конструкция, применение и выбор

Задвижка чугунная фланцевая с электроприводом представляет собой запорную трубопроводную арматуру, предназначенную для полного перекрытия потока рабочей среды. Ее основная функция – обеспечение герметичного отсечения участка трубопровода или технологической линии. Ключевая особенность данной конструкции – сочетание чугунного корпуса с фланцевыми присоединительными концами и установленным на него электромеханическим приводом (электроприводом), который дистанционно управляет положением затвора. Это исключает необходимость ручного труда, особенно на магистралях большого диаметра или в труднодоступных местах, и позволяет интегрировать арматуру в системы автоматического управления (АСУ ТП).

Конструктивные особенности и материалы

Устройство задвижки с электроприводом можно разделить на две основные составляющие: чугунная задвижка фланцевого типа и электроприводной механизм.

1. Чугунная фланцевая задвижка

Корпус и крышка изготавливаются преимущественно из серого чугуна марки СЧ20 (EN-GJL-250) или высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) марки EN-GJS-400-18/EN-GJS-500-7. ВЧШГ обладает повышенной прочностью и ударной вязкостью, что предпочтительно для ответственных и напорных систем. Основные типы затворов:

• С клиновым затвором: Клиновая конструкция (жесткий, двухдисковый или упругий двухдисковый клин). Двухдисковый упругий клин обеспечивает лучшую герметичность и компенсирует возможные перекосы, снижая риск заклинивания.
• С параллельным затвором (шиберная): Затвор состоит из двух дисков (шиберов), расположенных параллельно. Между ними размещается распорный клин или пружина. Чаще применяется для сред с механическими включениями.

Уплотнительные поверхности (седла) могут быть выполнены из латуни/бронзы (наплавка на чугун), нержавеющей стали или иметь резиновое покрытие (типа «резина-металл») для повышения герметичности в водопроводных системах. Шпиндель (шток) – изготавливается из коррозионно-стойкой стали (AISI 430, AISI 304). При выдвижном шпинделе (с выносной винтовой парой) ходовая резьба находится вне полости задвижки, что важно для агрессивных сред.

2. Электропривод (электромеханический привод)

Электропривод преобразует электрическую энергию во вращательное движение, которое через выходной вал и соединительную муфту передается на шпиндель задвижки. Основные компоненты привода:

• Электродвигатель: Асинхронный, обычно трехфазный (380В, 50Гц) или однофазный (220В). Имеет тепловую защиту.
• Редуктор: Червячный, цилиндрический или планетарный. Понижает высокие обороты двигателя до необходимого крутящего момента на выходном валу.
• Блок управления и контроля: Включает концевые выключатели (конечные микровыключатели) для автоматической остановки привода в крайних положениях «Открыто»/«Закрыто». Систему управления моментом (срабатывание при достижении заданного усилия для защиты от заклинивания). Потенциометр или датчик положения для индикации текущего положения затвора.
• Ручной дублер (штурвал): Механизм для ручного управления в случае отключения электроэнергии или проведения регламентных работ.

Классификация и технические параметры

Выбор задвижки с электроприводом определяется рядом ключевых параметров, которые должны соответствовать условиям технологического процесса.

Таблица 1. Основные технические параметры задвижек с электроприводом

Параметр	Типовые значения / Варианты	Комментарий
Условный диаметр (DN, Ду)	от DN 50 до DN 600 (и более)	Наиболее распространенный ряд: DN 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400.
Условное давление (PN, Ру)	PN 10, PN 16, PN 25	Для чугуна обычно до PN 16 (16 бар). PN 25 требует применения ВЧШГ или специального исполнения.
Тип присоединения	Фланцевое по ГОСТ 33259 (ранее ГОСТ 12815), EN 1092-2	Фланцы с уплотнительной поверхностью «шип-паз», «выступ-впадина», гладкая.
Тип затвора	Клиновый (двухдисковый упругий/жесткий), параллельный	Упругий клин – для воды, пара. Параллельный – для шламов, сточных вод.
Тип уплотнения	Сальниковое (набивка), сильфонное (для агрессивных/опасных сред)	Сальниковая набивка – графит-асбест, PTFE.
Климатическое исполнение	У, УХЛ, Т по ГОСТ 15150	Для умеренного, холодного или тропического климата.
Класс взрывозащиты привода	Ex d, Ex e, Ex i	Для работы во взрывоопасных зонах (химия, нефтегаз).
Степень защиты IP	IP54, IP65, IP67	IP65 – защита от струй воды, стандарт для улицы. IP67 – кратковременное погружение.
Время срабатывания (полный ход)	От 15 секунд до нескольких минут	Зависит от диаметра, требуемого момента и скорости привода.
Крутящий момент на выходном валу	От 50 Н·м до 5000 Н·м и более	Подбирается по паспортному моменту задвижки с запасом 15-25%.

Области применения и ограничения

Данная арматура широко применяется в системах, требующих дистанционного или автоматического управления потоком.

• Водоснабжение и водоотведение: Магистральные и распределительные сети холодной и горячей воды (до 150°C), насосные станции, очистные сооружения. Для сточных вод предпочтительны задвижки с обрезиненным клином или параллельным затвором.
• Теплоэнергетика и ЖКХ: Системы теплоснабжения (тепловые сети, ИТП, ЦТП) для транспортировки перегретой воды и пара низкого давления.
• Пожаротушение: В качестве узловых отсекающих устройств в системах спринклерного и дренчерного пожаротушения.
• Промышленность: Технологические линии в химической, пищевой, горнодобывающей отраслях для нейтральных сред (воздух, инертные газы, масла).

Ограничения: Чугун подвержен коррозии и хрупкому разрушению. Не применяется для высокоагрессивных сред (сильные кислоты, щелочи), высоких давлений (свыше 25 бар), ударных нагрузок и сред с температурой ниже -40°C или выше +400°C (для пара). Для таких условий используют стальную арматуру.

Принцип работы и схема управления

При подаче управляющего сигнала (например, с кнопочного поста или от контроллера АСУ) электродвигатель привода запускается. Вращение через редуктор передается на выходной вал, который через муфту соединен со шпинделем задвижки. Вращательное движение вала преобразуется в поступательное движение шпинделя за счет ходовой гайки. Шпиндель перемещает затвор (клиновой или параллельный) перпендикулярно потоку среды, до полного перекрытия прохода. При достижении крайних положений срабатывают концевые выключатели, разрывая цепь питания двигателя. Датчик момента (токовое реле или механический торсионный вал) отслеживает нагрузку: при резком увеличении (например, при наличии препятствия для затвора) привод останавливается до срабатывания концевых, предотвращая поломку.

Критерии выбора и монтаж

Выбор осуществляется на основе комплексного анализа условий эксплуатации.

1. Параметры среды: Тип (вода, пар, газ), температура, давление, наличие абразивных частиц, коррозионная активность.
2. Диаметр и давление: Определяют типоразмер (DN, PN) и конструкцию корпуса.
3. Режим работы: Частота циклов «открыто-закрыто». Задвижки – арматура нормально открытая/закрытая, не предназначенная для регулирования потока (дросселирования). Регулирующий клапан с электроприводом для этой задачи эффективнее.
4. Требуемая герметичность: Класс герметичности по ГОСТ 9544 (А, В, С) или ISO 5208. Для воды обычно класс «А» (полная герметичность).
5. Характеристики электропривода: Напряжение питания, выходной момент, скорость, наличие ручного дублера, степень защиты IP, климатическое исполнение, тип системы управления (местная, дистанционная, от АСУ).
6. Монтаж: Установка производится на прямых горизонтальных или вертикальных участках трубопровода с обеспечением доступа к приводу и ручному дублеру. Необходимо исключить нагрузки от веса трубопровода и его температурных деформаций на корпус задвижки. Фланцевые соединения стягиваются болтами с равномерным усилием по диагонали. Электромонтаж должен выполняться согласно схеме производителя привода, с обязательным заземлением.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Полнопроходная конструкция обеспечивает минимальные гидравлические потери в открытом положении.
• Высокая надежность и ремонтопригодность конструкции.
• Возможность работы с вязкими и загрязненными средами (для параллельных задвижек).
• Дистанционное и автоматическое управление, интеграция в АСУ.
• Относительно низкая стоимость по сравнению со стальными аналогами.

Недостатки:

• Большая строительная высота и масса, особенно у задвижек с выдвижным шпинделем.
• Длительное время срабатывания (не для быстрого аварийного отключения, где используются шаровые краны с пневмоприводом).
• Износ уплотнительных поверхностей при частом использовании или работе в режиме дросселирования.
• Ограничения по температуре и давлению, связанные с материалом корпуса (чугун).
• Необходимость в техническом обслуживании (подтяжка сальника, проверка смазки редуктора).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем разница между задвижкой с электроприводом и запорным клапаном с электроприводом?

Задвижка имеет затвор, движущийся перпендикулярно потоку, и является полнопроходной. Запорный клапан (вентиль) имеет затвор, движущийся параллельно потоку, обычно не является полнопроходным, создает большее гидравлическое сопротивление, но часто обеспечивает лучшее уплотнение и может быть более пригоден для регулирования потока. Конструкция клапана, как правило, позволяет легче обслуживать и заменять уплотнения.

2. Как правильно подобрать крутящий момент электропривода для задвижки?

Момент привода должен превышать паспортный момент трения задвижки (указывается в технической документации на арматуру) на 15-25%. Этот запас необходим для компенсации возможного увеличения трения из-за износа, загрязнения или изменения параметров среды. Недостаточный момент приведет к «остановке по перегрузу», а чрезмерно завышенный – к поломке шпинделя или клина.

3. Можно ли использовать чугунную задвижку с электроприводом для пара?

Да, но с строгими ограничениями по давлению и температуре, указанными в паспорте изделия. Обычно для пара низкого давления (до 12-16 бар) и температуры до 200-250°C. Предпочтительны задвижки с упругим клином и шпинделем из нержавеющей стали. Для пара высоких параметров применяются стальные задвижки.

4. Что важнее при выборе: класс герметичности или тип уплотнения затвора?

Параметры взаимосвязаны. Класс герметичности (например, «А» по ГОСТ) – это требование системы. Тип уплотнения (латунные седла, обрезиненный клин) – это конструктивное решение, обеспечивающее выполнение этого требования для конкретной среды. Для питьевой воды часто выбирают обрезиненный клин (класс «А»), для технической воды или пара – латунные или стальные седла.

5. Как часто требуется техническое обслуживание?

Периодичность ТО регламентируется производителем и условиями эксплуатации. Стандартный график включает: визуальный осмотр и проверку на герметичность – ежемесячно; проверку работы концевых выключателей и момента – раз в 6 месяцев; замену сальниковой набивки и смазку редуктора – по мере необходимости, но не реже 1 раза в 2-3 года. При работе в агрессивной среде интервалы сокращаются.

6. Почему электропривод может не сработать в «аварийном» режиме от кнопки «Стоп» или сигнала датчика?

Большинство стандартных электроприводов не имеют функции аварийного останова по сигналу «Стоп» во время цикла. Они завершают цикл до одного из крайних положений. Для реализации функции аварийного останова в промежуточном положении требуется привод с позиционированием (многооборотный с контроллером) или дополнительная схема управления с контакторами, осуществляющая «обрыв фазы».

7. Чем отличается монтаж задвижки с невыдвижным и выдвижным шпинделем?

Задвижка с невыдвижным шпинделем имеет меньшую строительную высоту, но резьбовая часть шпинделя находится в контакте с рабочей средой. Это ограничивает ее применение коррозионными и абразивными средами. Монтаж возможен в любом положении, но требуется пространство снизу для установки привода. Задвижка с выдвижным шпинделем имеет большую высоту, но резьба защищена от среды, что продлевает срок службы. Монтаж, как правило, вертикальный или горизонтальный с обеспечением свободного хода шпинделя вверх. Предпочтительна для частого использования и ответственных систем.

Заключение

Задвижки чугунные фланцевые с электроприводом остаются востребованным типом запорной арматуры для систем водоснабжения, теплоэнергетики и промышленности, где необходима надежная герметизация и дистанционное управление на магистралях среднего диаметра. Корректный выбор, учитывающий все параметры среды, режим работы и правильный подбор электропривода по моменту, является залогом долговечной и безотказной эксплуатации узла. Понимание конструктивных особенностей, областей применения и ограничений данного оборудования позволяет проектировщикам и эксплуатационному персоналу принимать обоснованные технические решения, обеспечивающие безопасность и эффективность трубопроводных систем.