Задвижки стальные

Задвижки стальные: классификация, конструкция, применение и выбор

Стальные задвижки представляют собой тип трубопроводной арматуры с запорным элементом в виде клина, диска или шибера, перемещаемым перпендикулярно оси потока рабочей среды. Основное назначение – полное перекрытие потока (функция «открыто/закрыто»). Регулирование расхода с их помощью недопустимо, так как приводит к интенсивному износу уплотнительных поверхностей и кавитационным повреждениям. Сталь, как материал корпуса, обеспечивает повышенную механическую прочность, стойкость к температурным деформациям и коррозии в сравнении с чугуном, что определяет их применение на ответственных магистралях с высокими параметрами рабочей среды.

Классификация стальных задвижек

Стальные задвижки систематизируются по ряду ключевых конструктивных и эксплуатационных признаков.

По типу запорного органа (клину):

С жестким клином. Цельный клин, точно обработанный под двумя углами. Обеспечивает высокую герметичность, но требует точной подгонки к седлам корпуса. Чувствителен к перекосам при монтаже и температурным деформациям, что может привести к заклиниванию. Применяется для сред без механических примесей.
С двухдисковым (упругим) клином. Состоит из двух дисков, соединенных между собой с возможностью небольшого углового смещения. За счет самоустановки относительно седел корпуса снижается риск заклинивания, повышается износостойкость уплотнений. Наиболее распространенный тип для энергетики и нефтегазового комплекса.
С двухдисковым составным (распорным) клином. Диски не имеют жесткого соединения, а раздвигаются под действием распорного грибка или клина при закрытии. Обеспечивает лучшую герметичность на изношенных седлах, но конструкция сложнее.
Шиберные (ножевые). Используют плоский шибер (нож), перерезающий плотные и вязкие среды. Применяются для пульп, шламов, нефтепродуктов с высокой вязкостью.

По типу привода:

С ручным приводом (маховиком). Применяются для номинальных диаметров, как правило, до Ду300. Для уменьшения усилия на маховике могут комплектоваться редуктором.
С электроприводом. Стандартное решение для магистральных трубопроводов большого диаметра и автоматизированных технологических линий. Обеспечивает дистанционное управление и включение в систему АСУ ТП.
С пневмо- или гидроприводом. Используются на взрывоопасных производствах или объектах с доступными источниками давления.

По конструкции шпинделя (штока):

С выдвижным шпинделем. Резьбовая часть шпинделя и ходовая гайка вынесены за пределы корпуса задвижки в область сальникового уплотнения. Это предотвращает контакт с рабочей средой, уменьшает коррозию и износ резьбы, облегчает обслуживание. Характерен увеличенный строительный размер. Основной тип для энергетики.
С невыдвижным шпинделем. Резьба шпинделя находится внутри полости корпуса и контактирует с рабочей средой. Имеет меньшую строительную высоту, но подвержена коррозии и накоплению отложений на резьбе. Применяется при ограниченном монтажном пространстве на трубопроводах с некоррозионными, чистыми средами (вода, пар).

По способу присоединения к трубопроводу:

Фланцевые. Наиболее распространенный тип. Фланцы задвижки стягиваются с фланцами трубопровода болтами (шпильками). Обеспечивают прочное, разъемное соединение, удобное для монтажа/демонтажа.
Приварные. Корпус задвижки приваривается к трубопроводу встык. Создает абсолютно неразъемное и герметичное соединение, исключающее риск протечек через фланцы. Применяется на критичных магистралях высокого давления (например, в атомной энергетике), но усложняет ремонт.
Муфтовые (резьбовые). Используются для малых диаметров (до Ду50) на вспомогательных линиях.

Материальное исполнение и марки сталей

Выбор марки стали для корпуса, крышки, клина и уплотнений регламентируется средой, давлением и температурой. Основные группы:

Углеродистые стали (Ст20, 25Л). Для воды, пара, нефтепродуктов при температурах до +425°С. Наиболее распространенный вариант для общепромышленного применения.
Легированные стали (09Г2С, 12Х18Н9Т, 15Х5М). 09Г2С (низколегированная) – для повышенных нагрузок и низких температур. 12Х18Н9Т (аустенитная нержавеющая) – для агрессивных сред (кислоты, щелочи). 15Х5М – жаропрочная сталь для энергоблоков, работающая с перегретым паром при температурах до +590°С.
Уплотнительные поверхности. Для обеспечения герметичности подвергаются наплавке коррозионно- и эрозионно-стойкими сплавами (стellite – сплавы на основе кобальта, элитр, нихромы). Твердость наплавленного слоя – ключевой параметр долговечности.

Основные параметры и стандарты

Выбор задвижки осуществляется по следующим параметрам:

Условный проход (Ду, DN). Ряд от Ду15 до Ду1600 и более.
Условное давление (Ру, PN). Номинальное избыточное давление при температуре 20°С. Ряд: PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250. В энергетике часто используется параметр Ру (рабочее давление) для конкретной температуры.
Рабочая температура. Определяет выбор материала и расчетное давление.
Климатическое исполнение. Для работы на открытом воздухе (У1, УХЛ1) или в помещении.

Основные стандарты: ГОСТ 9698-86 (Задвижки стальные на Ру до 100 МПа), ГОСТ 5762-2002 (Задвижки на Ру до 25 МПа), API 600, API 6D, ISO 10434.

Конструктивные особенности и монтаж

Типовая фланцевая задвижка с выдвижным шпинделем и электроприводом состоит из: корпуса с седлами, крышки, затвора (двухдискового клина), шпинделя, сальникового уплотнения, ходовой гайки, маховика или редуктора привода. При монтаже необходимо:

Обеспечить соосность фланцев трубопровода и задвижки без приложения усилий для компенсации перекоса.
Установить задвижку в положении, удобном для обслуживания сальника и привода, шпинделем вертикально вверх или с отклонением не более 45°.
После монтажа провести несколько циклов «открыть-закрыть» для проверки хода и герметичности в закрытом положении.
Задвижки с электроприводом требуют настройки концевых выключателей и момента затяжки.

Области применения в энергетике и промышленности

Тепловая энергетика: Магистрали питательной воды, пара высокого и низкого давления, линии подпитки. Применяются задвижки из углеродистых (до +425°С) и хромомолибденовых (до +590°С) сталей.
Нефтегазовая промышленность: Магистральные нефте- и газопроводы, технологические линии установок подготовки. Применяются полнопроходные задвижки на высокое давление (PN63-PN250) с подземным или надземным исполнением.
Химическая промышленность: Агрессивные технологические среды. Используются задвижки из нержавеющих сталей с соответствующим химическим составом.
Водоснабжение и водоотведение: Магистральные трубопроводы большого диаметра, насосные станции. Часто с обрезиненным клином для улучшения герметичности.

Сравнительная таблица типов задвижек по клину

Тип клина	Преимущества	Недостатки	Основная область применения
Жесткий	Простая конструкция, высокая герметичность при новых уплотнениях	Риск заклинивания при температурных деформациях, чувствительность к износу седел	Трубопроводы с чистыми средами постоянной температуры
Двухдисковый упругий	Самоустановка, меньший износ, стойкость к заклиниванию, хорошая ремонтопригодность	Более сложная конструкция, несколько большая строительная длина	Универсальное применение в энергетике и на магистральных трубопроводах (основной тип)
Двухдисковый распорный	Наилучшая герметичность даже при изношенных седлах	Сложность конструкции, большее количество деталей, высокая стоимость	Критичные участки с высокими требованиями к герметичности
Шиберная (ножовая)	Способность перерезать плотные включения, компактность	Более низкая герметичность, неприменимость для чистых газов	Пульпы, шламы, вязкие нефтепродукты, канализационные линии

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем стальная задвижка принципиально отличается от чугунной?

Стальные задвижки рассчитаны на более высокие рабочие давления и температуры, обладают большей прочностью и стойкостью к гидроударам. Чугунные задвижки (из серого чугуна) хрупки, не выдерживают значительных температурных градиентов и применяются на низкие давления (PN10-PN25) для воды и пара на вспомогательных линиях. Сталь также лучше сваривается, что позволяет изготавливать приварные модели.

Почему задвижку нельзя использовать для регулирования расхода среды?

При частичном открытии затвор находится в зоне высокоскоростного турбулентного потока, что вызывает вибрацию, кавитационное разрушение (выкрашивание) наплавленных седел и клина, а также интенсивный износ уплотнительных поверхностей. Для регулирования предназначена регулирующая арматура (регуляторы давления и расхода, клапаны регулирующие).

Что означает «полнопроходная» задвижка?

Полнопроходная (full bore) задвижка имеет диаметр проходного отверстия в седлах, практически равный внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода (условному проходу Ду). Это минимизирует гидравлические потери. В суженных задвижках (reduced bore) проходное отверстие меньше Ду, что снижает металлоемкость и крутящий момент, но увеличивает потери давления.

Как правильно выбрать тип уплотнения шпинделя (сальниковое vs сильфонное)?

Сальниковое уплотнение (набивка из графита, ФУМа, асбеста) – стандартное, ремонтопригодное решение для большинства сред. Требует периодической подтяжки. Сильфонное уплотнение – абсолютно герметичное, металлическое, применяется для токсичных, радиоактивных или дорогостоящих сред, где утечки недопустимы. Задвижки с сильфонным уплотнением значительно дороже и имеют ограниченный ресурс по количеству циклов.

Что такое обездвиживание (заклинивание) задвижки и как его предотвратить?

Обездвиживание – состояние, когда клин невозможно сдвинуть из-за коррозии, накопления отложений или температурной деформации. Профилактика: применение задвижек с двухдисковым клином; периодическая (не реже 1 раза в квартал) обкатка арматуры на стоящем трубопроводе (цикл «открыть-закрыть»); установка на паропроводах в обводных линиях с малым перепадом давления для прогрева корпуса перед открытием.

Как определить необходимое направление подачи среды?

Для большинства стальных задвижек направление потока не регламентировано (двусторонняя герметичность). Однако, для задвижек с невыдвижным шпинделем или специальной конструкции клина направление может быть указано на корпусе стрелкой. В сомнительных случаях следует руководствоваться паспортом изделия. Рекомендуется устанавливать задвижку так, чтобы давление под клином помогало открыванию.

Заключение

Стальная задвижка остается основным и наиболее надежным типом запорной арматуры для магистральных и критичных трубопроводов в энергетике и промышленности. Правильный выбор ее типа (по клину, шпинделю, материалу), соответствующий условиям технологического процесса, определяет безопасность, долговечность и безаварийность эксплуатации. Ключевыми критериями выбора являются параметры среды (P, T, агрессивность), требования к герметичности, частота циклований и условия монтажа. Соблюдение правил монтажа и технического обслуживания, включая регулярную обкатку, является обязательным условием для реализации всего ресурса арматуры.