Затворы дисковые межфланцевые

Затворы дисковые межфланцевые: конструкция, применение и технические аспекты выбора

Затвор дисковый межфланцевый (также известный как поворотный дисковый затвор, butterfly valve) – это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия или регулирования потока рабочей среды. Его ключевая особенность – установка между фланцами трубопровода без необходимости собственных присоединительных патрубков, что обеспечивает компактность и снижение монтажной длины. Основной запорный или регулирующий элемент представляет собой диск (тарелку), вращающийся вокруг оси, расположенной перпендикулярно или под углом к направлению потока.

Конструктивные особенности и основные компоненты

Конструкция межфланцевого дискового затвора является модульной и включает несколько ключевых элементов:

• Корпус: Выполняется, как правило, литым из чугуна (GG25, EN-GJL-250), стали (WCB, WCC), нержавеющей стали (CF8, CF8M, CF3M) или сплавов (никель-алюминиевая бронза). В межфланцевом исполнении корпус не имеет собственных фланцев, а его наружная поверхность выполнена в виде гладкого или с буртиками цилиндра для зажима между фланцами трубопровода.
• Диск (тарелка): Элемент, непосредственно перекрывающий поток. Изготавливается из материалов, совместимых с рабочей средой: чугун с покрытием (эпоксидное, никелирование), нержавеющая сталь, латунь, бронза, дуплексные стали. Профиль диска (симметричный, асимметричный, линзообразный) оптимизирован для обеспечения герметичности и минимального гидравлического сопротивления в открытом положении.
• Уплотнение: Наиболее критичный элемент, определяющий класс герметичности. Существует два основных типа:
  • Уплотнение по диску (резиновое седло): Эластомерное кольцо (EPDM, NBR, Viton, Silicone) запрессовано или привулканизировано в корпус. Диск при закрытии прижимается к эластомерному седлу, обеспечивая герметичность. Наиболее распространенный вариант для средних условий.
  • Уплотнение по периметру диска (металл-металл или мягкое седло на диске): В корпусе выполнено металлическое седло, а на периметр диска напрессовано или установлено уплотнительное кольцо из износостойких материалов (PTFE, RPTFE, графит, композиты). Применяется для высоких температур и агрессивных сред.
• Шпиндель (вал): Соединяет диск с органом управления. Бывает цельным (односоставным) или раздельным (двусоставным). Изготавливается из коррозионностойких сталей. В ответственных конструкциях шпиндель выполняется с защитой от выброса (anti-blowout design).
• Уплотнение шпинделя: Обеспечивает герметичность в месте выхода вала из корпуса. Обычно используется сальниковое уплотнение с набором колец (графит, PTFE) или манжетные уплотнения (O-ring).
• Привод (орган управления): Ручной (рычажный, маховичный с редуктором), пневматический, электрический или гидравлический. Межфланцевые затворы часто поставляются в виде готового модуля – арматура с установленным приводом.

Классификация и типы межфланцевых дисковых затворов

Затворы классифицируются по нескольким ключевым признакам, определяющим их область применения.

По типу уплотнения и рабочему давлению/температуре:

• Затворы с эластомерным седлом (резиновым уплотнением): Наиболее распространены. Обеспечивают высокий класс герметичности (класс А по ГОСТ 9544, «нулевую» утечку по MSS SP-68). Рабочая температура ограничена термостойкостью эластомера (для EPDM обычно -25°C до +130°C). Давление, как правило, до PN16/PN25.
• Затворы с металлическим седлом (metal-seated): Уплотнение «металл-металл» или с мягкими наплавками. Применяются для высоких температур (до +600°C и выше) и агрессивных сред, где эластомеры недопустимы. Класс герметичности обычно ниже, чем у эластомерных.
• Затворы с тефлоновым (PTFE) или композитным уплотнением: Промежуточный вариант для химически агрессивных сред при умеренных температурах (до +200°C).

По конструкции соединения диска и шпинделя:

• С цельным (односоставным) шпинделем: Диск жестко зафиксирован на шпинделе. Высокая надежность, возможность точного регулирования.
• С разъемным (двусоставным) шпинделем: Диск не жестко связан со шпинделем, что снижает риск заклинивания и облегчает центровку. Чаще используется в недорогих моделях.

По типу монтажа между фланцами:

• С крепежными шпильками/болтами насквозь: Длинные шпильки проходят через отверстия в корпусе затвора и стягивают два ответных фланца трубопровода. Наиболее надежный и распространенный способ.
• С собственным крепежом (с буртиками): Корпус затвора имеет выступы (буртики) с резьбовыми отверстиями. Крепеж ввинчивается с одной стороны и притягивает фланец с другой. Упрощает монтаж, но создает точечную нагрузку.

Материалы исполнения и их выбор

Выбор материалов определяется рабочей средой, давлением, температурой и требованиями по коррозионной стойкости.

Компонент	Типовые материалы	Область применения / Примечания
Корпус	Чугун EN-GJL-250 (GG25), Ковкий чугун EN-GJS-400-15, Углеродистая сталь WCB, Нержавеющая сталь AISI 304 (CF8), AISI 316 (CF8M), Алюминиевая бронза	Вода, воздух, пар (чугун, сталь). Агрессивные жидкости, пищевые среды, морская вода (нержавеющая сталь, бронза).
Диск (тарелка)	Чугун с эпоксидным покрытием, Нержавеющая сталь 304/316, Дуплексная стань, Алюминиевая бронза, Латунь	Покрытие защищает от коррозии и истирания. Нержавеющие стали и сплавы используются для агрессивных и гигиеничных сред.
Уплотнение (седло)	EPDM, NBR, Viton (FKM), Silicone (VMQ), PTFE, металлическое седло (нержавеющая сталь с наплавкой)	EPDM – вода, пар, щелочи, слабые кислоты. NBR – масла, топливо. Viton – высокая химстойкость. PTFE – агрессивные химикаты. Металл – высокие температуры.
Шпиндель	Нержавеющая сталь AISI 420, AISI 304, AISI 316	Обязательная коррозионная стойкость и высокая прочность на кручение.
Уплотнение шпинделя	Графитовые кольца, PTFE, NBR, EPDM манжеты	Графит – высокие температуры, PTFE – химическая стойкость, эластомеры – общие условия.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Межфланцевые дисковые затворы нашли широкое применение благодаря своей компактности, надежности и относительно низкой стоимости.

• Системы водоснабжения и водоотведения (ХВС, ГВС, сточные воды): Основная область применения. Используются затворы с чугунным корпусом и EPDM/NBR уплотнением на трубопроводах больших диаметров.
• Теплоэнергетика и системы теплоснабжения: В сетях циркуляционной и подпиточной воды, на технологических линиях с температурой до +150°C. Применяются затворы с термостойкими уплотнениями (EPDM для пара, графит).
• Вентиляция и кондиционирование (HVAC): Регулирование и отсечение потоков воздуха в системах приточной и вытяжной вентиляции большого сечения.
• Пожаротушение: В составе спринклерных и дренчерных систем, в магистралях подачи воды к гидрантам.
• Химическая и нефтегазовая промышленность (для умеренных сред): При работе с неагрессивными жидкостями и газами при низких и средних давлениях.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами запорной арматуры

Преимущества:

• Компактность и малая строительная длина: Значительно короче задвижек и шаровых кранов аналогичного диаметра, что экономит пространство.
• Малый вес: Упрощает монтаж и снижает нагрузку на трубопровод.
• Быстрое срабатывание: Для перекрытия потока необходим поворот диска всего на 90°, что обеспечивается приводом за несколько секунд.
• Относительно низкая стоимость: Особенно заметно на больших диаметрах (DN150 и выше) по сравнению с шаровыми кранами и задвижками.
• Простота монтажа и обслуживания: Межфланцевое соединение упрощает установку и демонтаж.
• Пригодность для регулирования: Многие модели, особенно с определенным профилем диска и конструкцией, эффективно работают в качестве регулирующей арматуры.

Недостатки:

• Ограниченное рабочее давление: Как правило, до PN25 (реже PN40), что связано с конструкцией уплотнения и корпуса.
• Наличие гидродинамического момента: Поток среды создает усилие на диск, требующее применения более мощных приводов для управления, особенно на больших диаметрах и высоких скоростях потока.
• Ограничения по температуре для эластомерных уплотнений: Рабочий диапазон определяется материалом седла.
• Снижение пропускной способности: Даже в полностью открытом положении диск создает гидравлическое сопротивление, что может требовать увеличения диаметра (по сравнению с полнопроходным шаровым краном).
• Риск кавитации и вибрации при регулировании в зоне частичного открытия: Требует правильного подбора и расчета.

Критерии выбора и основные расчетные параметры

При подборе межфланцевого дискового затвора необходимо учитывать следующий набор параметров:

• Условный диаметр (DN): Должен соответствовать диаметру трубопровода. Стандартный ряд: DN50, DN65, DN80, DN100, DN125, DN150, DN200, DN250, DN300, DN350, DN400, DN500, DN600 и выше.
• Номинальное давление (PN): Максимальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная работа. Стандартные ряды: PN6, PN10, PN16, PN25.

Рабочая среда и ее параметры: Тип среды (вода, пар, воздух, газ, химикаты), температура (мин./макс.), агрессивность, наличие абразивных частиц.

• Класс герметичности: Нормируемая величина утечки через затвор в закрытом положении. Для эластомерных затворов обычно класс «А» (нулевая утечка). Определяется по ГОСТ 9544 или ISO 5208.
• Тип и материал уплотнения: Ключевой выбор, определяющий совместимость со средой, температуру и ресурс.
• Материал корпуса и диска: Определяется давлением, температурой и коррозионной активностью среды.
• Тип привода: Ручной (для редко переключаемой арматуры), электрический (для дистанционного управления и АСУ ТП), пневматический (для взрывоопасных зон и быстрого действия).
• Стандарт фланцевого соединения: Должен соответствовать фланцам трубопровода (ГОСТ 33259 (европейский ряд), ASME B16.5, DIN). Важно учитывать толщину фланцев и длину шпилек.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж критически важен для долговечной работы межфланцевого затвора.

• Подготовка: Проверить чистоту фланцев трубопровода, отсутствие заусенцев и повреждений. Убедиться, что фланцы параллельны, а расстояние между ними соответствует толщине корпуса затвора.
• Установка затвора: Затвор должен быть в приоткрытом положении (примерно 10-15°) для предотвращения повреждения кромки диска и уплотнения. Совместить отверстия в корпусе затвора с отверстиями во фланцах. Установить затвор так, чтобы вал и привод находились в доступном для обслуживания положении. Избегать попадания уплотнительных поверхностей под струйку среды.
• Крепление: Использовать шпильки или болты полной длины, проходящие через оба фланца и корпус затвора. Затяжку производить крест-накрест динамометрическим ключом с моментом, указанным в паспорте арматуры, чтобы избежать перекоса и деформации корпуса.
• Эксплуатация: Не использовать затвор в качестве регулирующего, если он не предназначен для этого (возможна кавитация, вибрация и ускоренный износ). Избегать работы в положении, близком к закрытию (15-75°), на высокоскоростных потоках.
• Обслуживание: Регулярная проверка герметичности, состояния наружных поверхностей и привода. Смазка подшипниковых узлов и штока (если предусмотрено). Замена уплотнительных элементов по истечении ресурса.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между межфланцевым и фланцевым дисковым затвором?

Межфланцевый затвор не имеет собственных фланцев и зажимается между фланцами трубопровода. Фланцевый затвор имеет собственные присоединительные фланцы, которые болтами стыкуются с фланцами трубопровода. Межфланцевый вариант компактнее, легче и, как правило, дешевле, но его монтаж/демонтаж могут быть сложнее, особенно на больших диаметрах, и он не может быть использован в конце трубопровода (требует фланца с двух сторон).

Можно ли использовать дисковый затвор для точного регулирования расхода?

Да, но с оговорками. Специальные регулирующие дисковые затворы с определенным профилем диска (например, перфорированным) и конструкцией (с точным позиционированием) для этого предназначены. Однако стандартные затворы с эластомерным седлом, используемые в основном как запорные, имеют нелинейную расходную характеристику (близкую к равнопроцентной) и могут создавать сильную турбулентность и кавитацию в промежуточных положениях. Для точного регулирования необходим расчет и правильный подбор.

Какой материал уплотнения (седла) выбрать для горячей воды (+95°C) и для пара (+140°C)?

Для горячей воды до +95°C стандартно применяется EPDM. Для насыщенного пара с температурой до +140°C также может использоваться специальный термостойкий EPDM (обязательно уточнять у производителя). Для более высоких температур пара (свыше +150°C) необходимо рассматривать затворы с графитовыми уплотнениями или металлическим седлом.

Почему затвор рекомендуется устанавливать в приоткрытом положении?

Это делается для защиты уплотнительной поверхности (резинового седла) и кромки диска от повреждения острыми кромками фланцев трубопровода при стягивании. Также это предотвращает защемление и деформацию диска в закрытом положении при монтаже.

Что означает «двусоставный шпиндель» и в чем его особенность?

Двусоставный (разъемный) шпиндель состоит из двух частей: верхнего вала, соединенного с приводом, и нижней оси, на которой сидит диск. Эти части не имеют жесткого соединения между собой. Такая конструкция снижает риск заклинивания диска из-за температурных деформаций или попадания твердых частиц под кромку, упрощает центровку. Однако она менее подходит для точного регулирования и может иметь ограничения по моменту и давлению по сравнению с цельным шпинделем.

Как правильно подобрать длину шпилек для монтажа?

Длина шпильки должна быть равна сумме толщин двух фланцев трубопровода, толщины корпуса затвора, толщины двух гаек и зазора для свободного выхода резьбы (обычно 2-3 нитки). Формула: L = T1 + T2 + Tз + 2*H + Z, где T1, T2 – толщины фланцев, Tз – толщина корпуса затвора, H – высота гайки, Z – запас. Рекомендуется использовать готовые комплекты крепежа, предлагаемые производителем арматуры.

Каков типичный срок службы затвора и от чего он зависит?

Срок службы при корректной эксплуатации может составлять 15-30 лет и более для корпуса. Ресурс уплотнительного седла (эластомера) значительно меньше и зависит от количества циклов, температуры, давления и химического воздействия. В среднем, для сетевой воды при 20-30 циклах в год ресурс EPDM седла может достигать 10 лет. Ресурс определяется наработкой на отказ (часто 10 000 – 25 000 циклов для качественных моделей).