Задвижки фланцевые с невыдвижным шпинделем
Задвижки фланцевые с невыдвижным шпинделем: конструкция, применение и технические аспекты
Задвижка фланцевая с невыдвижным (вращаемым) шпинделем – это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды. Ключевая конструктивная особенность заключается в том, что резьбовая часть шпинделя (штока) находится в постоянном контакте с рабочей средой, а сам шпиндель не совершает поступательного движения, а только вращается вокруг своей оси. Ходовой узел (гайка) закреплен на затворе (золотнике). При вращении шпинделя гайка, а вместе с ней и затвор, перемещаются вдоль его оси, осуществляя открытие или закрытие прохода. Данный тип арматуры также широко известен как задвижка с выдвижным шпинделем, что является более корректным с точки зрения механики движения, однако в профессиональной среде устоялся термин «невыдвижной» по отношению к наружной, не выходящей за пределы корпуса, части штока.
Конструктивные особенности и принцип действия
Основными элементами задвижки с невыдвижным шпинделем являются:
- Корпус: Изготавливается из чугуна (ЧЧ, ВЧШГ), углеродистой (20, 25Л) или нержавеющей (12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10Т) стали, латуни. Имеет два фланца для присоединения к трубопроводу по стандартам ГОСТ, DIN, ANSI.
- Затвор (золотник): Подвижный элемент, перекрывающий проход. Бывает двух типов: клиновый (жесткий, двухдисковый или упругий) или параллельный (шиберный).
- Шпиндель (шток) невыдвижной: Изготавливается из коррозионно-стойких сталей. Верхний конец имеет квадрат или шлиц под маховик/редуктор, нижний – резьбу, которая постоянно находится внутри корпуса в среде.
- Ходовая гайка: Жестко соединена с затвором. Вращение шпинделя преобразуется в поступательное движение гайки с затвором.
- Уплотнительные элементы: Сальниковое уплотнение (набивка) в районе прохода шпинделя через крышку предотвращает утечку среды наружу. Уплотнения седла (поверхности контакта корпуса и затвора) обеспечивают герметичность в закрытом положении.
- Крышка (бугельный узел): Соединяется с корпусом болтами и служит опорой для шпинделя и сальникового узла.
- Безкольцевое (металл по металлу): Жесткий клин и седла корпуса обработаны с высокой чистотой. Применяется для сред с высокой температурой, где неметаллические уплотнения невозможны. Герметичность класса А/В по ГОСТ 9544.
- С уплотнительными кольцами (мягкое седло): На затвор или в канавки седел корпуса устанавливаются кольца из EPDM, NBR, Viton, PTFE. Обеспечивают высокую герметичность (класс А), но ограничены по температуре и химической стойкости.
- Компактность. Минимальная строительная высота, что критично в стесненных условиях (колодцы, камеры, технологические установки с плотной компоновкой).
- Меньшая масса и стоимость по сравнению с задвижками на аналогичные параметры с выдвижным шпинделем.
- Отсутствие необходимости в техническом пространстве над арматурой для выдвижения штока.
- Внешняя среда (грязь, пыль, влага) не попадает на резьбовую часть ходового узла.
- Резьбовая пара шпиндель-гайка работает в рабочей среде, что делает ее уязвимой к коррозии, абразивному износу и отложению солей. Это ограничивает применение для загрязненных и агрессивных сред.
- Сложность технического обслуживания и ремонта ходового узла без демонтажа задвижки с линии.
- Ограниченный ресурс резьбовой пары по сравнению с конструкцией выдвижного шпинделя.
- Невозможность визуального контроля положения затвора (открыто/закрыто) по положению шпинделя.
- Водоснабжение и водоотведение (ЖКХ): На сетях холодной и горячей воды, в насосных станциях, фильтрационных установках. Исполнения из чугуна ВЧШГ с EPDM уплотнениями.
- Теплоэнергетика (кроме магистралей пара высоких параметров): В системах теплоснабжения, на трубопроводах сетевой воды, подпитки котлов. Стальные задвижки с уплотнением из графита или фторопласта.
- Нефтегазовая промышленность: На трубопроводах с сырой нефтью, мазутом, газом низкого давления, где среда не обладает высокой абразивностью. Стальные и чугунные исполнения.
- Пожаротушение: В качестве запорной арматуры на стояках и магистралях спринклерных и дренчерных систем.
- Общее промышленное применение: Вентиляционные системы, пневмотранспорт, технологические линии с неагрессивными жидкостями и газами.
- Параметры среды: Давление (PN/Class), температура, химический состав, наличие абразивных частиц.
- Материал корпуса: Определяется коррозионной стойкостью и прочностью.
- Тип присоединения: Фланец (стандарт ГОСТ, DIN, ANSI), его геометрия и давление.
- Тип затвора и уплотнения: Жесткий клин для высоких температур, упругий клин или двухдисковый для компенсации перекосов, параллельный для вязких сред.
- Управление: Ручной маховик, редуктор с червячной или конической передачей, электропривод.
- Климатическое исполнение: Для работы на открытом воздухе, в помещении или под землей.
- Жесткий клин: Простая конструкция, требует высокой точности изготовления. Подвержен заклиниванию при температурных деформациях или износе седел. Для сред без перепадов температур.
- Упругий клин: Клиновидный диск с прорезью в центре, что придает ему упругость. Компенсирует перекосы и износ, обеспечивает лучшую герметичность. Наиболее распространенный тип для общего применения.
- Двухдисковый (параллельный) клин: Состоит из двух дисков, раздвигаемых клиновым механизмом. Наилучшая герметичность, минимальный износ и трение, не подвержен заклиниванию. Рекомендуется для высоких параметров и ответственных объектов.
Принцип работы: вращение маховика передается на шпиндель. Благодаря фиксации шпинделя от осевого перемещения (обычно упорным подшипником или конструкцией крышки), вращательное движение через резьбовую пару преобразуется в поступательное движение гайки с затвором. Затвор перемещается перпендикулярно потоку, перекрывая или открывая проходное сечение.
Сравнение с задвижками с выдвижным шпинделем
Ключевые отличия определяют области преимущественного применения каждого типа.
| Критерий | Задвижка с невыдвижным шпинделем | Задвижка с выдвижным шпинделем |
|---|---|---|
| Конструкция шпинделя | Резьба и нижний конец находятся в рабочей среде. Шпиндель не выдвигается из корпуса. | Резьба (ходовая гайка) расположена снаружи, над сальниковым узлом. Шпиндель выдвигается на величину хода затвора. |
| Габаритные размеры (строительная длина и высота) | Высота постоянна при открывании, строительная длина обычно меньше. Компактна. | Высота увеличивается на величину хода затвора, требуя больше свободного пространства. |
| Влияние рабочей среды | Резьбовая пара подвержена воздействию абразивных и коррозионных сред, что может привести к заклиниванию. | Резьбовая пара изолирована от среды, что повышает надежность и долговечность в тяжелых условиях. |
| Обслуживание и ремонт | Сложнее. Для ревизии резьбы или замены затвора часто требуется демонтаж с трубопровода. | Проще. Конструкция часто позволяет ремонтировать или заменять ходовой узел без демонтажа арматуры. |
| Температурный диапазон применения | Ограничен температурой стойкости сальникового уплотнения. Как правило, для средних и низких температур. | Применяются для более высоких температур, включая перегретый пар. |
| Стоимость | Как правило, ниже за счет более простой конструкции и меньшего расхода металла. | Выше. |
| Типовые среды | Вода, нефтепродукты, газы, неагрессивные жидкости и пары при умеренных параметрах. | Агрессивные, абразивные, высокотемпературные среды, пар, химические вещества. |
Материальное исполнение и типы уплотнений
Выбор материала и уплотнений напрямую зависит от параметров рабочей среды: давления (Pn, Ру), температуры (T), химического состава и абразивности.
| Материал корпуса | Обозначение | Рабочая среда | Диапазон давлений (PN) | Температурный диапазон |
|---|---|---|---|---|
| Чугун серый | ЧЧ | Вода, пар, воздух, инертные газы | PN6, PN10, PN16 | -15°C до +300°C* |
| Чугун с шаровидным графитом | ВЧШГ | Вода, газ, нефтепродукты | PN10, PN16, PN25 | -30°C до +350°C |
| Углеродистая сталь | 20, 25Л, WCB | Пар, вода, нефть, газ, аммиак | PN16 — PN160 (Class 150 — 900) | -40°C до +425°C |
| Нержавеющая сталь | 12Х18Н9ТЛ, CF8, CF8M | Агрессивные среды, кислоты, щелочи, пищевые продукты | PN10 — PN100 | -60°C до +450°C |
| Латунь/Бронза | ЛЦ40Сд, БрАЖМц | Морская вода, пар, топливо, неагрессивные жидкости | PN10, PN16, PN25 | -20°C до +250°C |
*Применение при отрицательных температурах для чугунных задвижек требует специальных исполнений («холодостойкий чугун»).
Уплотнение затвора:
Сальниковое уплотнение (уплотнение шпинделя): Выполняется набивкой из сальникового шнура (АП-31, графитовый, с фторопластом) или сильфонным узлом (для опасных сред). Требует периодической подтяжки.
Преимущества и недостатки
Преимущества задвижек с невыдвижным шпинделем:
Недостатки:
Области применения и рекомендации по выбору
Данный тип задвижек находит широкое применение в системах, где компактность и стоимость являются определяющими факторами, а рабочая среда не вызывает интенсивной коррозии или износа резьбы.
Критерии выбора:
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Монтаж: Установка производится на прямолинейный горизонтальный или вертикальный участок трубопровода с обеспечением доступа к маховику. Необходимо исключить нагрузки от веса труб и температурных деформаций на корпус задвижки. Фланцевые соединения стягиваются крепежом соответствующего класса прочности с равномерной затяжкой по кругу. Запрещается использовать задвижку для регулирования потока – только для полного открытия или закрытия. Работа в промежуточном положении приводит к кавитационному износу и потере герметичности.
Эксплуатация и обслуживание: Перед вводом в эксплуатацию обязательна проверка плавности хода и полного открытия/закрытия. Периодически необходимо контролировать состояние сальникового уплотнения и при необходимости производить подтяжку нажимной втулки для устранения течи. При появлении заеданий или увеличении крутящего момента запрещается прилагать избыточное усилие на маховик – это приводит к поломке шпинделя или затвора. Требуется диагностика и ремонт. Резьбовая пара внутри корпуса смазке не подлежит, так как смазка будет смыта рабочей средой.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем основное эксплуатационное ограничение задвижек с невыдвижным шпинделем?
Основное ограничение – работа резьбовой пары (шпиндель-ходовая гайка) в среде рабочего тела. Это делает арматуру чувствительной к коррозионно-активным, абразивным и загрязненным средам, которые ускоряют износ резьбы, приводя к заклиниванию, увеличению момента срабатывания и, в конечном итоге, к отказу. Для таких сред предпочтительны задвижки с выдвижным шпинделем или другая арматура (шаровые краны, поворотные затворы).
Можно ли устанавливать такую задвижку в любом положении (маховиком вниз, горизонтально)?
Конструктивно большинство задвижек с невыдвижным шпинделем рассчитаны на установку на горизонтальный трубопровод с вертикальным расположением шпинделя (маховиком вверх). Установка в ином положении (например, шпинделем горизонтально) возможна, но требует согласования с производителем, так как может нарушить работу сальникового узла и распределение нагрузок в ходовой паре. Установка маховиком вниз не рекомендуется.
Как определить, что задвижка полностью открыта или закрыта?
Визуально по положению невыдвижного шпинделя определить невозможно. Признаком полного закрытия является упор маховика (дальше он не проворачивается). Для определения полного открытия на маховике или шпинделе часто наносятся метки, либо используется указатель положения (реппер), который устанавливается отдельно. Наиболее надежный способ – контроль по положению затвора, если конструкция предусматривает соответствующий индикатор, или использование задвижек с редуктором, имеющим конечные выключатели.
Что делать, если задвижка заклинила и не проворачивается?
Категорически запрещается применять дополнительные рычаги (увеличивать момент) на маховике. Это приведет к поломке шпинделя. Необходимо:
1. Попытаться совершить легкие колебательные движения маховиком в обе стороны.
2. Если среда позволяет, выполнить несколько циклов «открыть-закрыть» с небольшим ходом.
3. Проверить, не сработались ли сальниковые уплотнения, создающие избыточное трение.
4. Если простые меры не помогают, требуется демонтаж и разборка задвижки для выяснения причины (отложения, коррозия резьбы, повреждение затвора). Часто заклинивание свидетельствует о неверном выборе типа арматуры для данной среды.
Какой тип клина лучше выбрать: жесткий, упругий или двухдисковый?
Требуется ли техническое обслуживание резьбовой пары внутри корпуса?
Нет, в стандартной конструкции резьбовая пара шпиндель-гайка, находящаяся в полости корпуса, не обслуживается в течение всего срока службы. Она не подлежит смазке или регулировке в процессе эксплуатации. Ее ресурс определяется правильностью выбора арматуры под среду, качеством изготовления и условиями монтажа. При износе или повреждении этой пары требуется капитальный ремонт с разборкой и заменой комплектующих.