Затворы дисковые фланцевые

Затворы дисковые фланцевые: конструкция, применение и технические аспекты

Затвор дисковый фланцевый (ЗДФ) представляет собой тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или регулирования потока рабочей среды (жидкости, газа, пара, суспензии) в трубопроводах круглого сечения. Основным запирающим элементом служит диск (затвор), вращающийся вокруг оси, расположенной перпендикулярно или под углом к направлению потока. Фланцевое исполнение подразумевает, что корпус арматуры оснащен присоединительными фланцами стандартизированных типоразмеров и давлений для жесткого болтового соединения с ответными фланцами трубопровода.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция ЗДФ включает несколько ключевых компонентов:

• Корпус. Изготавливается методом литья, ковки или сварки из углеродистых, легированных, нержавеющих сталей, чугуна (серого, ковкого, ВЧШГ) или цветных сплавов. Имеет цилиндрический или реже прямоугольный проходной канал. Фланцы корпуса соответствуют стандартам ГОСТ, DIN, ANSI/ASME по размерам, давлению и типу уплотнительной поверхности.
• Диск (затвор). Выполняется в форме диска, который в положении «закрыто» перекрывает проходное сечение. Может быть плоским, двояковыпуклым (линзовым) или сложной формы для улучшения гидродинамических характеристик. Материал диска часто соответствует материалу корпуса, но может быть иным для повышения износостойкости или коррозионной стойкости.
• Шпиндель (вал). Служит для передачи крутящего момента от привода к диску. Может быть выполнен как единое целое с диском (неразъемное соединение) или в виде двухсоставной конструкции (приводной вал + дисковая ось). Различают конструкции с проходным (сквозным) и непроходным шпинделем.
• Уплотнения. Критически важный узел, обеспечивающий герметичность. Включает:
  • Уплотнение «диск-корпус» (седловое уплотнение). Расположено в корпусе и обеспечивает герметичность в закрытом положении. Выполняется в виде резинового (EPDM, NBR, Viton) или полимерного (PTFE) кольца, завулканизированного или механически закрепленного в пазу корпуса, либо в виде металлического седла (чаще в стальных затворах).
  • Уплотнение шпинделя. Набор сальниковых колец (набивка) или торцевые уплотнения, предотвращающие утечку среды вдоль шпинделя в атмосферу.
• Привод. Управление осуществляется вручную (рычагом, маховиком с редуктором) или с помощью механизированного привода (электрического, пневматического, гидравлического).

Принцип работы основан на повороте диска на 90° (от полного открытия до полного закрытия). В промежуточных положениях диск выполняет функцию дросселирующего органа, однако следует учитывать, что стандартные ЗДФ не предназначены для точного регулирования и работа в частично открытом состоянии приводит к кавитации, вибрации и ускоренному износу уплотнений.

Классификация и типы

Затворы дисковые фланцевые классифицируются по ряду ключевых признаков:

По типу уплотнения

• С мягким уплотнением. Герметичность обеспечивается эластомерным (резиновым) или полимерным кольцом, закрепленным в корпусе. Обеспечивают высокий класс герметичности (класс А по ГОСТ 9544, «нулевую» утечку), но ограничены по температуре (обычно до 120-200°C в зависимости от материала).
• С металлическим уплотнением. И диск, и седло в корпусе выполнены из металла (часто с наплавкой износо- и коррозионно-стойких сплавов). Применяются для высоких температур (свыше 400°C) и агрессивных сред, где резина неприменима. Класс герметичности обычно ниже (класс В, С, D).
• Комбинированные (мягкое+металлическое). Комбинация двух уплотнений для расширения диапазона применения.

По взаимному расположению оси диска и оси трубопровода

• Соосные (осевые). Ось вращения диска совпадает с осью симметрии диска и проходит через центр проходного отверстия. Наиболее распространенная и простая конструкция.
• Эксцентриковые. Ось вращения диска смещена относительно центра диска (радиальный эксцентриситет) и/или относительно оси трубопровода (осевой эксцентриситет). Позволяет реализовать конструкцию «диск без трения» о седло при открытии/закрытии, что значительно увеличивает ресурс и позволяет использовать металлические седла с высокой герметичностью. Подразделяются на одно-, двух- и трехэксцентриковые.

По типу присоединения

• Фланцевые (стандартные). Имеют собственные полные фланцы.
• Межфланцевые (зажимные). Устанавливаются между ответными фланцами трубопровода и стягиваются шпильками. ЗДФ в таком исполнении не имеют собственных фланцев, что снижает вес и стоимость, но усложняет монтаж/демонтаж.

Основные технические характеристики и параметры выбора

Выбор ЗДФ осуществляется на основе анализа следующих параметров:

• Условный диаметр (DN, Ду). От 50 до 1200 мм и более. Наиболее распространенный ряд: DN 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 800, 1000.
• Условное давление (PN, Ру). Рабочее давление, на которое рассчитан затвор при температуре 20°C. Стандартные ряды: PN 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250. Для стальных затворов применяется также классификация по классам давления ANSI (150, 300, 600).
• Рабочая среда и температура. Определяет материал корпуса, диска, шпинделя и тип уплотнения. Для воды, пара, воздуха, нефтепродуктов, химических сред подбираются соответствующие марки сталей, чугуна или сплавов.
• Класс герметичности. Нормируется по ГОСТ 9544 (классы А, В, С, D) или ISO 5208 (классы A до L). Класс А (нулевая утечка) достигается, как правило, только затворами с мягким уплотнением.
• Крутящий момент на шпинделе. Критический параметр для выбора типа и размера привода. Зависит от диаметра, давления, типа уплотнения и трения в подшипниках.

Материалы исполнения

Соответствие материалов компонентов условиям эксплуатации — залог долговечности.

Типичные материалы исполнения ЗДФ

Компонент	Материал	Область применения / Примечание
Корпус	Серый чугун (ЧС)	Вода, воздух, неагрессивные среды, t до 300°C, PN до 16.
	Ковкий чугун (ЧК)	Повышенная прочность и ударная вязкость. Пар, вода, нефтепродукты.
	Углеродистая сталь (Ст25, Ст20)	Универсальное применение для пара, воды, нефти, газа при высоких давлениях (PN 25-250) и температурах (до 425°C).
	Нержавеющая сталь (12Х18Н9Т, 08Х18Н10, AISI 304/316)	Агрессивные среды, пищевая промышленность, требования высокой чистоты.
Диск	Углеродистая сталь с защитным покрытием (никелирование, эпоксидка)	Защита от коррозии в водных средах.
	Нержавеющая сталь	Коррозионная стойкость.
	Двухслойная конструкция (сталь + покрытие из EPDM, NBR)	Для затворов с мягким уплотнением для улучшения прилегания.
Уплотнение (седло)	EPDM (Этилен-пропиленовый каучук)	Вода, пар до 140°C, щелочи, слабые кислоты. Устойчив к старению.
	NBR (Нитрильный каучук)	Нефтепродукты, масла, углеводороды, вода до 80°C.
	PTFE (Фторопласт)	Химически агрессивные среды, высокая температура (до 200°C). Низкое трение.
Шпиндель	Нержавеющая сталь (AISI 420, AISI 304)	Обеспечение прочности и стойкости к коррозии в зоне сальникового уплотнения.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

• Теплоэнергетика. В системах технического водоснабжения (ХВО, циркуляционная вода), в трубопроводах низкого и среднего давления пара, в системах отопления и вентиляции. Применяются чугунные и стальные затворы с резиновым (EPDM) или металлическим уплотнением.
• Водоснабжение и водоотведение. Основная область применения затворов с мягким уплотнением большого диаметра (DN 300-1200) на магистральных и сетевых трубопроводах воды и сточных вод.
• Нефтегазовая промышленность. На вспомогательных трубопроводах топливного хозяйства, системах пожаротушения, оборотного водоснабжения. Для нефтепродуктов выбирают затворы с уплотнением из NBR.
• Химическая промышленность. Для агрессивных сред применяются затворы из нержавеющих сталей или с покрытием из PTFE, а также эксцентриковые конструкции.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами запорной арматуры

Преимущества:

• Малая строительная длина и высота, что существенно экономит пространство по сравнению с задвижками.
• Небольшая масса, снижающая нагрузку на трубопровод и упрощающая монтаж.
• Простота конструкции, относительная легкость обслуживания и ремонта (чаще всего — замена уплотнительных колец).
• Быстрое срабатывание (поворот на 90°).
• Низкая стоимость, особенно в больших диаметрах, по сравнению с шаровыми кранами и задвижками.

Недостатки:

• Высокое гидравлическое сопротивление в открытом положении из-за диска в проточной части.
• Ограниченная возможность применения для регулирования потока.
• Ограничение по температуре и давлению для моделей с мягким уплотнением.
• Снижение герметичности со временем из-за износа уплотнительных поверхностей.
• Для больших диаметров и высоких давлений требуются мощные, многооборотные редукторы или приводы из-за высокого крутящего момента.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж ЗДФ должен производиться на прямом участке трубопровода с обеспечением соосности фланцев. Запрещается использовать затвор для компенсации несоосности труб или для устранения напряжения в трубопроводе. Перед монтажом необходимо убедиться в отсутствии посторонних предметов в проточной части. Фланцевые соединения стягиваются крепежом с контролем усилия по диагонали для предотвращения перекоса корпуса. При эксплуатации не рекомендуется оставлять затвор в промежуточном положении для регулирования без соответствующего на это расчета и конструкции. Техническое обслуживание включает периодическую проверку герметичности сальникового уплотнения и подтяжку нажимной втулки, контроль состояния уплотнения «диск-корпус», смазку подшипниковых узлов (при их наличии).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается затвор дисковый от шарового крана?

Основное отличие — в форме и движении запирающего элемента. В шаровом кране — это сферическая пробка со сквозным отверстием, которая также поворачивается на 90°. Шаровые краны, как правило, обеспечивают более высокую герметичность, полнопроходную конструкцию (малое сопротивление) и лучше подходят для регулирования, но они значительно дороже и тяжелее, особенно в диаметрах свыше DN 300. Затворы выигрывают в цене, габаритах и массе на больших диаметрах.

Когда следует выбирать затвор с эксцентриситетом?

Трехэксцентриковые затворы следует выбирать в случаях: необходимости работы при высоких температурах (свыше 200°C), где резиновое уплотнение неприменимо; для сред, требующих использования металлического седла; когда нужен высокий класс герметичности (до «нулевой утечки») в сочетании с долгим ресурсом циклов «открыто-закрыто», так как в них исключено трение диска о седло в процессе закрытия.

Какой класс герметичности является стандартным для затвора с резиновым уплотнением?

Для затворов с эластомерным уплотнением класса А по ГОСТ 9544 (соответствует Leak Rate A по ISO 5208) является стандартным и гарантируется производителем. Это означает отсутствие видимых утечек при испытаниях.

Можно ли устанавливать затвор в любом пространственном положении?

Да, конструкция большинства современных ЗДФ позволяет установку в любом положении (горизонтально, вертикально, шпинделем вверх или вниз). Однако при выборе привода (особенно электрического) необходимо учитывать положение шпинделя, так как оно может влиять на конструкцию редуктора и требования к его защите. Для вертикальных трубопроводов с приводом рекомендуется предусматривать дополнительную опору.

Что означает обозначение «DN100 PN16» на шильдике затвора?

Это обозначение основных параметров: DN100 — условный проход, соответствующий диаметру трубопровода примерно 100 мм; PN16 — номинальное (условное) давление 16 бар (1,6 МПа) при температуре рабочей среды 20°C. При повышении температуры допустимое рабочее давление снижается согласно графикам, предоставляемым производителем.

Как часто требуется обслуживание сальникового уплотнения шпинделя?

Периодичность зависит от условий эксплуатации (температура, давление, чистота среды, частота циклов). Рекомендуется проводить визуальный контроль на предмет подтеканий не реже 1 раза в квартал. При появлении капельной утечки необходимо выполнить подтяжку сальниковой набивки с помощью нажимной втулки. Полная замена сальниковой набивки проводится при ее значительном износе или после длительного срока эксплуатации (обычно 1 раз в несколько лет).

Почему затвор не рекомендуется для точного регулирования расхода?

В промежуточных положениях диск создает турбулентный, неравномерный поток, что приводит к кавитации (образованию и схлопыванию пузырьков пара), вибрации и эрозионному износу как диска, так и уплотнительных поверхностей. Для регулирования существуют специальные регулирующие дисковые затворы с профилированным диском и специальными характеристиками, а также другие типы арматуры (регулирующие клапаны, шаровые краны с V-образным отверстием).