Задвижки клиновые с невыдвижным шпинделем
Задвижки клиновые с невыдвижным шпинделем: конструкция, применение, выбор и эксплуатация
Задвижка клиновая с невыдвижным (вращаемым) шпинделем – это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды. Ее ключевая конструктивная особенность заключается в том, что шпиндель совершает только вращательное движение, не выдвигаясь из корпуса задвижки. Резьбовая пара (шпиндель-ходовая гайка) расположена внутри полости арматуры, непосредственно на затворе или в верхней его части, и находится в постоянном контакте с рабочей средой. Данный тип арматуры широко применяется в системах водоснабжения, теплоснабжения, нефтегазового комплекса и других отраслях промышленности, где требуются надежные запорные устройства для номинальных давлений до PN25 (реже до PN40) и умеренных температур.
Принцип действия и конструктивные особенности
Управление задвижкой осуществляется вращением маховика. Вращательное движение через шпиндель передается на ходовую гайку, которая жестко связана с клиновым затвором. Поскольку шпиндель не имеет поступательного движения, а гайка не может перемещаться вдоль оси вращения из-за конструктивных ограничений, вращение преобразуется в поступательное движение самого клина. Клиновый затвор перемещается перпендикулярно потоку среды, входя в седла корпуса и обеспечивая герметичное перекрытие. Основные компоненты задвижки с невыдвижным шпинделем:
- Корпус: Изготавливается из чугуна (ЧЧ, ВЧШГ), углеродистой (Ст20, 25Л) или нержавеющей стали (12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10Т). Имеет два седла, расположенных под небольшим углом друг к другу, формируя клиновидный посадочный канал.
- Клиновой затвор: Может быть цельным жестким, цельным упругим или двухдисковым. Жесткий клин обеспечивает высокую герметичность, но требует точной подгонки. Упругий клин (с прорезью в средней части) компенсирует возможные перекосы и изменения температуры. Двухдисковый клин состоит из двух дисков, шарнирно соединенных, что повышает надежность посадки в седла.
- Шпиндель (шток): Изготавливается из коррозионностойких сталей (например, 20Х13, 14Х17Н2). В нижней части имеет резьбу, которая входит в зацепление с гайкой на затворе. Верхний конец соединен с маховиком.
- Сальниковое уплотнение: Располагается в крышке корпуса и обеспечивает герметичность по месту выхода шпинделя. Набивается сальниковой набивкой (АГИ, графит, PTFE) и поджимается накидной гайкой или сальниковой крышкой.
- Крышка (бугельный узел): Соединяется с корпусом болтами на прокладке. В крышку вмонтирован сальниковый узел и опорные подшипники для шпинделя.
- Уплотнительные кольца (седла): Часто выполняются в виде наплавленных или запрессованных колец из коррозионностойких материалов (латунь, нержавеющая сталь, эластомеры).
- Компактность. Значительно меньшая строительная высота, что критично в стесненных условиях (колодцы, камеры, технологические площадки с многоуровневой разводкой трубопроводов).
- Более низкая стоимость по сравнению с задвижками ВШ за счет упрощения конструкции и использования меньшего количества металла.
- Возможность установки в любом пространственном положении, хотя установка шпинделем вниз не рекомендуется для сред с твердыми включениями.
- Отсутствие необходимости в техническом пространстве для выдвижения шпинделя.
- Резьбовая пара шпиндель-гайка работает в среде. При наличии абразивных частиц или коррозионной активности износ резьбы ускоряется, возможно заедание и отказ в работе.
- Сложность технического обслуживания и ремонта ходового узла. Для ревизии или замены требуется полный демонтаж и разборка арматуры.
- Ограниченный ресурс ходовой пары по сравнению с ВШ.
- Невозможность визуального контроля положения затвора по шпинделю.
- Ограничения по рабочим параметрам (давление, температура) из-за условий работы сальникового уплотнения и резьбы.
- Водопроводные сети (хозяйственно-питьевые и технические) городского и промышленного назначения.
- Тепловые сети (в качестве запорной арматуры на ответвлениях, в ИТП, при условии соответствия температурному режиму).
- Системы пожаротушения.
- Нефте- и газосборные сети низкого давления.
- Оросительные системы и мелиорация.
- Рабочая среда: Состав, наличие механических примесей, коррозионная активность. Для сред с примесями предпочтительны задвижки ВШ.
- Давление и температура: Должны соответствовать паспортным значениям задвижки с запасом. Для температур выше 100°C и давлений выше PN25 чаще выбирают ВШ.
- Габаритные ограничения: При дефиците высоты (подземные колодцы) – НШ является оптимальным решением.
- Режим работы: Для арматуры, используемой редко (резервная, запорная), НШ подходит. Для часто переключаемой арматуры – ресурс НШ может быть недостаточным.
- Тип присоединения: Фланцевое (ГОСТ 33259, ГОСТ 12815), муфтовое (резьбовое), под приварку. Выбор зависит от конструкции трубопровода.
- Монтажное положение – любое, кроме положения маховиком вниз. Предпочтительно – шпинделем вертикально вверх.
- Перед пуском в работу после монтажа необходимо выполнить полный цикл открытия-закрытия, убедившись в отсутствии заеданий.
- Задвижка должна перекрываться плавно, без применения чрезмерных усилий. Использование дополнительных рычагов на маховике недопустимо.
- При фланцевом соединении болты должны затягиваться крест-накрест с рекомендуемым моментом затяжки.
- Периодическую проверку на герметичность по сальниковому уплотнению и в затворе.
- Подтяжку сальниковой набивки при появлении течи по шпинделю. Подтяжку производить при полностью открытой задвижке.
- Визуальный контроль состояния защитного покрытия (краски).
- Смазку ходового узла через пресс-масленку (если предусмотрена конструкцией) специальной смазкой, стойкой к рабочей среде.
Сравнение с задвижками с выдвижным шпинделем
Выбор между задвижкой с невыдвижным (НШ) и выдвижным шпинделем (ВШ) является одним из ключевых при проектировании системы.
| Критерий | Задвижка с невыдвижным шпинделем | Задвижка с выдвижным шпинделем |
|---|---|---|
| Конструкция резьбовой пары | Расположена внутри, в контакте со средой. | Расположена снаружи, над сальниковым уплотнением, изолирована от среды. |
| Габаритные размеры (строительная длина и высота) | Меньшая строительная высота, длина обычно стандартная. | Большая строительная высота (требуется место для выдвижения штока), длина стандартная. |
| Условия эксплуатации резьбы | Резьба подвержена воздействию абразивов и коррозии, что может привести к заеданию. | Резьба защищена от среды, легче обслуживается, смазывается. |
| Применение | Для неагрессивных, маловязких, чистых сред (вода, пар, нефтепродукты) при умеренных параметрах. | Для агрессивных, абразивных, токсичных сред, а также для высоких давлений и температур. |
| Установочное положение | Любое, но предпочтительно горизонтальное шпинделем вверх. Ограничения по средам. | Любое. Меньше ограничений. |
| Стоимость и ремонтопригодность | Как правило, дешевле. Ремонт резьбовой пары сложен, часто требует замены узла. | Дороже. Резьбовая пара доступна для осмотра и обслуживания. |
| Визуальный контроль положения «закрыто/открыто» | Отсутствует. Положение определяется по числу оборотов маховика или указателю. | Возможен по положению выдвинутого шпинделя. |
Материальное исполнение и типоразмеры
Выбор материала корпуса, уплотнений и шпинделя регламентируется средой, давлением и температурой. Основные стандарты: ГОСТ 9698-86 (основные параметры), ГОСТ 5762-2002 (для арматуры на Ру до 25 МПа), API 600, ISO 10434.
| Исполнение (код) | Материал корпуса | Рабочая среда | Диапазон температур, °C |
|---|---|---|---|
| ч, сч | Серый чугун | Вода, пар, нефтепродукты, неагрессивные газы | -15…+300 |
| лс, лс1 | Ковкий чугун | Вода, пар, нефтепродукты | -30…+400 |
| нж | Углеродистая сталь | Вода, пар, нефть, природный газ | -40…+425 |
| нж1 | Легированная сталь | Агрессивные среды (кислоты, щелочи) при повышенных параметрах | -60…+450 |
| нж2, нж3 | Коррозионностойкая сталь | Особо агрессивные среды | -60…+600 |
Номинальные диаметры (DN) обычно находятся в диапазоне от 40 до 800 мм, хотя наиболее распространены размеры от 50 до 400 мм. Номинальные давления (PN) – 10, 16, 25. Для стальных задвижек возможны классы давления ANSI 150 и 300.
Преимущества и недостатки
Преимущества задвижек с невыдвижным шпинделем:
Недостатки задвижек с невыдвижным шпинделем:
Области применения и рекомендации по выбору
Задвижки клиновые с невыдвижным шпинделем находят применение в системах, где пространство ограничено, а среда является относительно чистой и неагрессивной:
Критерии выбора:
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Перед монтажом необходимо провести внешний осмотр, проверить комплектность и отсутствие повреждений. Убедиться, что технические параметры на шильдике соответствуют проектным. Монтаж должен обеспечивать отсутствие напряжений в корпусе задвижки. Задвижка устанавливается на прямом участке трубопровода, при этом рекомендуется обеспечить доступ к маховику и сальниковому узлу для обслуживания.
Важные правила монтажа:
Техническое обслуживание включает:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем главный эксплуатационный риск задвижек с невыдвижным шпинделем?
Главный риск – отказ ходового узла (резьбовой пары шпиндель-гайка) из-за коррозии, эрозии или заклинивания абразивными отложениями. Это может привести к невозможности открыть или закрыть задвижку без ее демонтажа и капитального ремонта.
Можно ли использовать задвижку НШ для пара?
Да, но с строгим соблюдением паспортных значений температуры и давления. Для насыщенного пара низкого давления (до 1,6 МПа и 200°C) чугунные задвижки НШ часто применяются. Для перегретого пара и более высоких параметров требуются стальные задвижки, и часто предпочтение отдается конструкции с выдвижным шпинделем из-за лучших условий работы резьбы.
Как определить, что задвижка НШ полностью открыта или закрыта?
Визуально по шпинделю определить невозможно. Существует два основных способа: 1) По счетчику оборотов маховика (требует предварительной проверки и маркировки); 2) По механическому указателю положения (устанавливается на некоторых моделях). В крайнем случае, аккуратное проворачивание маховика до упора (без применения силы) указывает на крайнее положение.
Что делать, если задвижку заклинило в промежуточном положении?
Не применять ударные инструменты или рычаги. Попытаться аккуратно постучать по корпусу в районе седла для разрушения возможного отложения. Если не помогает – требуется демонтаж и разборка для выяснения причины (износ резьбы, попадание постороннего предмета, деформация клина).
Как часто нужно обслуживать сальниковое уплотнение?
Периодичность – по фактическому состоянию. При появлении капельной течи по шпинделю в закрытом состоянии требуется подтяжка сальниковой крышки. Если подтяжка не помогает, необходимо перепаковать сальниковую камеру новой набивкой, соответствующей рабочей среде и температуре.
Чем отличается упругий клин от жесткого?
Жесткий клин – монолитный, требует высокой точности изготовления седел. Упругий клин имеет прорезь в средней части, что придает дискам некоторую подвижность. Это позволяет компенсировать небольшие перекосы, температурные деформации и износ, обеспечивая лучшее прилегание к седлам и более высокую герметичность в широком диапазоне условий.
Почему для подземной установки в колодцах часто выбирают именно НШ?
Из-за минимальной строительной высоты. Колодец имеет ограниченную вертикальную размерность, и установка задвижки ВШ с выдвижным шпинделем может потребовать углубления колодца, что значительно увеличивает стоимость строительства. Задвижка НШ решает эту проблему.
Заключение
Задвижка клиновая с невыдвижным шпинделем представляет собой экономичное и компактное решение для запирания трубопроводов с неагрессивными средами при умеренных давлениях и температурах. Ее выбор обоснован в условиях ограниченного пространства и при работе с чистыми жидкостями и газами. Однако, эксплуатационные риски, связанные с износом внутренней резьбовой пары, накладывают существенные ограничения на применение данной арматуры для ответственных и тяжелых условий работы. Корректный подбор по материалу, параметрам и условиям монтажа, а также соблюдение правил эксплуатации и обслуживания являются обязательными условиями для обеспечения долговечной и надежной работы задвижек данного типа в энергетических и промышленных системах.