Задвижки фланцевые

Задвижки фланцевые: конструкция, типы, применение и выбор для трубопроводных систем

Фланцевая задвижка — это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды. Основная функция — запорная, регулирование расхода не предусмотрено. Управление осуществляется вручную (маховиком) или с помощью приводов (электрических, пневматических, гидравлических). Ключевая особенность — присоединительные фланцы, соответствующие стандартам (ГОСТ, DIN, ANSI), что обеспечивает надежное, разъемное соединение с трубопроводом, удобное для монтажа и демонтажа.

Конструкция и принцип действия

Конструкция задвижки включает корпус, крышку, затвор (клиновой или параллельный), шпиндель (шток), седла, сальниковое уплотнение и фланцы. При вращении маховика шпиндель совершает поступательное или вращательно-поступательное движение, передавая его затвору. Затвор перемещается перпендикулярно потоку среды, в крайнем нижнем положении плотно прижимаясь к седлам, что и обеспечивает герметичное перекрытие.

Корпус и крышка: Основные элементы, формирующие рабочую полость. Изготавливаются литьем, сваркой или ковкой из чугуна, углеродистой, легированной или нержавеющей стали, цветных сплавов. Фланцы на корпусе имеют стандартизированные геометрию и отверстия под шпильки/болты.
Затвор и седла: Пара, отвечающая за герметичность. Седла могут быть интегрированы в корпус или быть напрессованными/наварными (чаще в стальных задвижках). Для повышения износостойкости и герметичности поверхности затвора и седел часто покрываются коррозионно-стойкими сплавами или резиной (для клиновых задвижек с обрезиненным клином).
Шпиндель (шток): Бывает двух типов: с выдвижным или невыдвижным шпинделем. Выдвижной шпиндель выходит из сальниковой коробки при открывании, что облегчает визуальный контроль положения и защищает резьбу от среды. Невыдвижной — вращается, но не выдвигается, что сокращает габариты, но подвергает резьбовую часть воздействию рабочей среды.
Уплотнение: Сальниковое уплотнение (набивка из графита, PTFE) вокруг шпинделя предотвращает утечку среды вдоль него. В современных конструкциях также применяются сильфонные уплотнения для агрессивных или опасных сред.

Классификация и типы фланцевых задвижек

По конструкции затвора

Клиновые задвижки: Затвор выполнен в форме клина, который входит в конические седла.
- С жестким клином: Простая конструкция, требует высокой точности изготовления. Риск заклинивания при температурных деформациях или износе.
- С двухдисковым клином: Затвор состоит из двух дисков, соединенных под углом. Диски могут самоустанавливаться относительно седел, что снижает риск заклинивания, компенсирует износ и температурные перекосы. Наиболее распространенный тип для ответственных систем.
- С упругим (резинированным) клином: Клиновой затвор имеет эластичное резиновое покрытие, обеспечивающее высокую герметичность при меньшем усилии закрытия. Применяется для сред, не агрессивных к резине (вода, стоки).
Параллельные задвижки: Седла расположены параллельно, затвор состоит из двух дисков (тарелок), между которыми находится распорный клин или пружина. При закрытии диски прижимаются к параллельным седлам. Лучше работают с средами, содержащими взвеси, менее склонны к заклиниванию.
Шланговые задвижки: Не имеют седел. Перекрытие потока осуществляется пережимом эластичного шланга, расположенного внутри корпуса. Полная герметичность, отсутствие контакта среды с деталями арматуры. Для агрессивных, абразивных или вязких сред.

По типу привода

Ручное управление (маховик): Для номинальных диаметров до DN300-400, где требуемое усилие невелико.
Редуктор: Устанавливается на задвижки больших диаметров для снижения требуемого усилия оператора.
Электропривод: Наиболее распространенный тип автоматизации. Позволяет дистанционно управлять арматурой, интегрировать в системы АСУ ТП. Имеет концевые выключатели и моментную защиту.
Пневмо- и гидропривод: Используются во взрывоопасных зонах или при наличии соответствующих источников энергии (сжатый воздух, гидравлика).

По материалу корпуса

Выбор материала определяется давлением, температурой, агрессивностью среды и требованиями стандартов.

Материал корпуса	Маркировка (пример)	Диапазон рабочих температур, °C	Основные среды применения	Стандарты
Чугун серый	Ч	-15…+300	Вода, пар, нейтральные газы, нефтепродукты	ГОСТ 9698-86, DIN EN 1561
Чугун шаровидный (ВЧШГ)	ВЧ	-30…+350	Вода, пар, сжатый воздух. Более прочный и пластичный, чем серый чугун.	ГОСТ 7293-85, DIN EN 1563
Углеродистая сталь	С, 25лс	-40…+425	Пар, вода, нефть, газ, агрессивные среды в зависимости от марки.	ГОСТ 33260-2015, API 600, DIN EN 10222
Коррозионностойкая сталь	НЖ, 12Х18Н9Т	-60…+450	Агрессивные химические среды, пищевая промышленность.	ГОСТ 5632-2014, DIN EN 10088
Латунь/Бронза	Л, Бр	-60…+200	Морская вода, топливо, пар, хладагенты. Для малых диаметров.	ГОСТ 22058-2016

Критерии выбора фланцевой задвижки

Выбор осуществляется на основе технических параметров трубопроводной системы и условий эксплуатации.

Условный проход (DN, Ду): Должен соответствовать диаметру трубопровода. Стандартный ряд: DN50, DN65, DN80, DN100, DN150, DN200, DN300, DN400, DN500, DN600, DN800, DN1000 и более.
Условное давление (PN, Ру): Максимальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором возможна длительная работа. Стандартные ряды: PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250. Соответствие классов давления ANSI (Class) и PN: Class 150 ≈ PN20, Class 300 ≈ PN50.
Рабочая среда и температура: Определяет материал корпуса, тип уплотнений, материал седел и затвора. Учитывается агрессивность, вязкость, наличие абразивных частиц.
Климатическое исполнение и место установки: Для наружной установки требуется определенное исполнение по ГОСТ 15150 (например, У1, ХЛ1).
Требования к герметичности: Класс герметичности затвора по ГОСТ 9544-2016 (А, В, С) или ISO 5208. Класс А — самый высокий (нулевая утечка).
Тип управления: Определяется частотой использования, доступностью места, требованиями к автоматизации.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж критически важен для надежной работы. Установка должна производиться на прямом участке трубопровода с обеспечением доступа для управления и обслуживания. Монтажное положение может быть любым, но не рекомендуется установка задвижки маховиком вниз. Обязательна проверка чистоты внутренней полости и фланцевых соединений перед установкой.

Сборка фланцевого соединения требует соблюдения последовательности: центровка, установка прокладки (паронитовой, фторопластовой, спирально-навитой), вставка болтов/шпилек, равномерная затяжка крест-накрест динамометрическим ключом до требуемого момента. Неравномерная затяжка ведет к перекосу и утечкам.

Эксплуатация: Задвижка — запорный элемент. Не должна использоваться для регулирования потока, особенно в частично открытом положении, так как это приводит к гидроэрозии уплотнительных поверхностей и быстрому износу. После монтажа проводят испытания на герметичность и работоспособность.

Техническое обслуживание включает периодическую проверку на отсутствие внешних утечек, состояние сальникового уплотнения (при необходимости — подтяжка или замена набивки), смазку резьбовой части шпинделя и ходовой гайки, проверку работы привода. Для задвижек, длительное время находящихся в одном положении (открыто/закрыто), рекомендуется проведение регламентных операций по открытию-закрытию для предотвращения «прикипания» затвора.

Преимущества и недостатки фланцевых задвижек

Преимущества:

Малое гидравлическое сопротивление в полностью открытом положении (практически равно сопротивлению прямого участка трубы).
Конструктивная простота и надежность.
Возможность применения для широкого спектра сред и вязких жидкостей.
Двусторонняя подача среды (в большинстве конструкций).
Относительно небольшая строительная длина (по сравнению с шаровыми кранами больших диаметров).
Удобство демонтажа и замены благодаря фланцевому соединению.

Недостатки:

Большая строительная высота (из-за хода штока).
Значительное время на открытие/закрытие.
Износ уплотнительных поверхностей затвора и седел, особенно при работе в неполностью открытом положении.
Сложность ремонта изношенных поверхностей седел в корпусе (требуется расточка и установка ремонтных колец).
При длительной эксплуатации в одном положении возможны трудности с закрытием из-за отложений или коррозии.

Области применения в энергетике и промышленности

Тепловая энергетика: На трубопроводах питательной воды, пара низкого и среднего давления, конденсата, мазутного хозяйства. Применяются стальные задвижки на PN16-PN250.
Водоснабжение и водоотведение: На магистральных и сетевых трубопроводах холодной и горячей воды. Широко используются чугунные (ВЧШГ) и стальные задвижки с обрезиненным клином (PN10-PN16).
Нефтегазовая промышленность: На технологических трубопроводах с нефтью, нефтепродуктами, газом. Применяются стальные задвижки, соответствующие стандартам API, с подземным или огнестойким исполнением.
Химическая промышленность: Для агрессивных сред используются задвижки из коррозионностойких сталей или с защитными покрытиями. Часто с сильфонным уплотнением.
Судостроение: На системах балласта, пожаротушения, топливных системах. Используются задвижки из бронзы, латуни, нержавеющей стали.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем фланцевая задвижка принципиально отличается от шарового крана?

Задвижка имеет затвор в виде клина или дисков, движущийся перпендикулярно потоку. Шаровой кран имеет сферический затвор с проходным отверстием, вращающийся на 90°. Задвижка, как правило, имеет большее время закрытия, бóльшие габариты и вес, но меньшее гидравлическое сопротивление в открытом состоянии. Шаровой кран более компактен, быстрее действует, обеспечивает лучшую герметичность, но для больших диаметров (свыше DN300-400) может быть значительно дороже задвижки.

Как правильно выбрать класс герметичности затвора?

Класс выбирается исходя из технологических требований и экологических норм. Для систем с опасными, дорогостоящими или токсичными средами (газ, химикаты) необходим класс А (высокий). Для систем водоснабжения/водоотведения часто достаточно класса В или С (нормальный/средний) по ГОСТ 9544. В спецификациях обычно указывается требование: «Герметичность затвора по ГОСТ 9544-2016, класс А (или В)».

Что означает «задвижка с обрезиненным клином» и где ее применяют?

Это клиновая задвижка, у которой металлический затвор покрыт слоем эластомера (чаще EPDM или NBR). При закрытии резина упруго деформируется, обеспечивая плотный контакт с седлами корпуса. Такие задвижки обеспечивают высокую герметичность при низком усилии закрытия, но ограничены по температуре (обычно до 110-120°C) и химической стойкости резины. Основное применение — сети холодного и горячего водоснабжения, водоотведения, противопожарные системы.

Почему задвижку не рекомендуется использовать для регулирования расхода?

В промежуточных положениях поток среды с высокой скоростью проходит через узкую щель между затвором и седлами, вызывая кавитацию, вибрацию и интенсивную гидроабразивную эрозию уплотнительных поверхностей. Это приводит к быстрой потере герметичности и выходу арматуры из строя. Для регулирования применяются специальные регулирующие клапаны, дисковые поворотные затворы (в определенном диапазоне) или шаровые краны с специальным профилем прохода.

Как определить необходимость установки редуктора или привода?

Критерием является крутящий момент (Мкр), необходимый для управления задвижкой. Он зависит от диаметра (DN), давления (PN), типа среды и конструкции. Для ручного управления маховиком предельным считается усилие одного человека ~350 Н, прикладываемое к маховику. Если расчетный момент превышает создаваемое этим усилием, обязательна установка редуктора (для периодического ручного управления) или привода (для автоматизации). Данные по моментам указываются в паспорте изделия.

Каковы основные причины отказа фланцевых задвижек и как их предотвратить?

Заклинивание в крайних положениях: Причина — коррозия, отложения, отсутствие обслуживания. Профилактика: Регламентные переключения, применение коррозионностойких материалов и смазок.
Утечка по сальнику: Причина — износ или уплотнение набивки, перекос шпинделя. Профилактика: Периодическая подтяжка сальниковой гайки, замена набивки, использование современных безнабивочных уплотнений (сильфон).
Неплотное закрытие (утечка через затвор): Причина — повреждение (эрозия, коррозия) уплотнительных поверхностей седел или затвора, попадание твердых частиц. Профилактика: Установка фильтров перед арматурой, правильный выбор материала наплавки седел, запрет на использование для регулировки.
Обрыв шпинделя: Причина — превышение допустимого усилия при закрытии (например, при наличии засора) или коррозионная усталость. Профилактика: Использование приводов с моментной защитой, применение шпинделей из качественных сталей.

В чем разница между задвижкой с выдвижным и невыдвижным шпинделем?

С выдвижным шпинделем: Резьбовая часть шпинделя и ходовая гайка вынесены из зоны рабочей среды, расположены над сальниковой коробкой. Шпиндель выдвигается при открывании. Преимущества: резьба защищена от коррозии и загрязнения средой, легче обслуживать, можно визуально определить положение затвора. Недостатки: большая строительная высота. Применяется для ответственных систем, агрессивных сред.
С невыдвижным шпинделем: Резьба шпинделя контактирует со средой, шпиндель не выдвигается, а только вращается. Преимущества: малая строительная высота, меньшая стоимость. Недостатки: сложность обслуживания резьбы, невозможность визуального контроля положения, риск коррозии резьбы. Применяется для неагрессивных сред (вода, воздух) и при ограниченном пространстве по высоте.