Затворы дисковые поворотные

Затворы дисковые поворотные: конструкция, типы, применение и выбор

Затвор дисковый поворотный (ЗДП), также известный как дисковый затвор, поворотная заслонка или butterfly valve, представляет собой тип запорно-регулирующей трубопроводной арматуры, в котором запирающий или регулирующий элемент выполнен в форме диска, поворачивающегося вокруг оси, перпендикулярной или расположенной под углом к направлению потока рабочей среды. Основное функциональное назначение – перекрытие, регулирование расхода или отсечение потока жидкостей, газов и суспензий в трубопроводных системах.

Конструкция и основные компоненты

Конструкция дискового поворотного затвора является модульной и включает в себя несколько ключевых компонентов:

• Корпус. Изготавливается методом литья, штамповки или сварки из различных материалов: чугун (серый, ковкий, ВЧШГ), углеродистая и нержавеющая сталь, алюминиевые и титановые сплавы, полимеры (PVC, PP). Корпус может быть разборным (фланцевые соединения половин) или неразборным (wafer, lug type).
• Диск (заслонка). Основной запирающий элемент. Формы диска оптимизированы для снижения гидравлического сопротивления: обычно это плоский или двояковыпуклый (линзовидный) диск. Материалы: нержавеющая сталь, углеродистая сталь с различными покрытиями (никелирование, каучук), сплавы на основе меди, полимеры.
• Уплотнение. Критически важный элемент, обеспечивающий герметичность. Система включает уплотнение диска (резиновое, полимерное или металлическое кольцо, закрепленное на периметре диска или в корпусе) и уплотнение штока.
• Шток (ось). Передает крутящий момент от привода к диску. Может быть выполнен как цельный (сквозной) или разделенный на две оси. Материал – обычно сталь с высокой коррозионной стойкостью и прочностью.
• Привод (приводной узел). Устройство для управления положением диска. Типы: ручной (рычажный, маховичный с редуктором), электрический, пневматический, гидравлический.

Классификация и типы дисковых затворов

По типу присоединения к трубопроводу

• Межфланцевые (wafer type). Не имеют собственных крепежных элементов. Устанавливаются между фланцами трубопровода и стягиваются шпильками или болтами, проходящими через корпус затвора. Отличаются малыми строительными длиной и массой.
• С фланцевыми присоединениями (flanged type). Имеют собственные фланцы с отверстиями под крепеж, совпадающие с фланцами трубопровода. Обеспечивают более высокую прочность соединения, удобны для частого монтажа/демонтажа.
• С резьбовым присоединением (threaded ends). Для малых диаметров и низких давлений.
• Под приварку (butt-weld ends). Для ответственных систем, требующих максимальной герметичности и прочности.

По типу уплотнения

• С мягким уплотнением (resilient-seat). Уплотнительное кольцо из эластомера (EPDM, NBR, Viton, Silicone) или полимера (PTFE) установлено в корпусе или на диске. Обеспечивает высокую герметичность класса «А» по ГОСТ 9544-2015 (нулевая утечка), но ограничено по температуре и износостойкости.
• С металлическим уплотнением (metal-seated). Диск и седло в корпусе выполнены из металла (часто с наплавкой из износостойких сплавов). Применяются для высоких температур (свыше 400°C), абразивных сред и в условиях, где эластомеры недопустимы. Герметичность обычно класса «В» или «С».
• Комбинированные уплотнения. Многоступенчатые системы, включающие как мягкие, так и металлические уплотнения для особых условий.

По типу привода

• Ручное управление. Рычаг с фиксатором, редукторный механизм (червячный, конический) для затворов больших диаметров.
• Автоматизированный привод. Электропривод (многооборотный или поворотный), пневмопривод (пневмоцилиндр с рейкой и шестерней или поворотный), гидропривод. Обеспечивают дистанционное управление и интеграцию в АСУ ТП.

Материалы исполнения и их выбор

Выбор материалов определяется параметрами рабочей среды: давлением, температурой, химическим составом, абразивностью.

Компонент	Типовые материалы	Область применения / Примечания
Корпус	ВЧШГ (GGG-40), Углеродистая сталь (WCB), Нержавеющая сталь (CF8/304, CF8M/316), Алюминиевая бронза, PVC, PP	ВЧШГ – вода, воздух до 10-16 бар; WCB – пар, нефтепродукты до 200°C; Нержавеющая сталь – агрессивные среды; Полимеры – химические среды низкого давления.
Диск	Нержавеющая сталь (304, 316), Углеродистая сталь с покрытием (никель, каучук), Алюминиевая бронза, Duplex steel	Покрытие диска эластомером повышает герметичность. Цельнометаллические диски – для высоких температур и износа.
Уплотнение (мягкое)	EPDM, NBR, Viton (FKM), PTFE, Silicone	EPDM – горячая/холодная вода, пар, щелочи; NBR – нефтепродукты, масла; Viton – агрессивные хим. среды, высокие температуры; PTFE – химически инертен, но менее эластичен.
Шток	Нержавеющая сталь (17-4PH, 316, 431), Углеродистая сталь с защитным покрытием	Требуется высокая прочность на кручение и коррозионная стойкость. Часто выполняется из материала с более высокими механическими свойствами, чем диск.

Основные технические характеристики и параметры выбора

• Условный диаметр (DN, Ду). Стандартный ряд от DN40 (Ду40) до DN3000 и более. Наиболее распространенный диапазон для энергетики: DN50 – DN1200.
• Условное давление (PN, Ру). Диапазон от PN6 до PN63 (классов 150 – 400 по ANSI). Для затворов с мягким уплотнением обычно ограничено PN16-PN25 при нормальных температурах.
• Температура рабочей среды. Определяется материалом уплотнения и корпуса. Для EPDM: -20°C до +120°C (кратковременно до +140°C); для NBR: -10°C до +80°C; для Viton: -15°C до +200°C; для металлических затворов: до +800°C и выше.
• Герметичность. Классифицируется по ГОСТ 9544-2015 (классы А, В, С, D, Е) или ISO 5208 (Rate A, B, C, D, E, F, G). Класс «А» – полная герметичность (0 bubble).
• Крутящий момент. Критический параметр для выбора привода. Зависит от диаметра, давления, типа уплотнения и трения в подшипниках. Пиковый момент – в момент открытия/закрытия, минимальный – в промежуточных положениях.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Дисковые затворы нашли широкое применение благодаря компактности, надежности и относительно низкой стоимости.

• Теплоэнергетика. Системы технического водоснабжения (охлаждающая вода), магистрали низкотемпературных сетевой воды (до 120-150°C), системы химводоподготовки, вентиляционные системы и газоходы.
• Водоснабжение и водоотведение. Магистральные и распределительные сети холодной и горячей воды, системы пожаротушения, канализационные коллекторы.
• Нефтегазовая промышленность. Транспортировка сырой нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов на установках низкого давления, вспомогательные технологические линии.
• Химическая промышленность. Трубопроводы с агрессивными средами при условии правильного подбора материалов корпуса и уплотнения.
• Вентиляция и кондиционирование. Регулирование потоков воздуха в системах приточной и вытяжной вентиляции больших сечений.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами запорной арматуры

Преимущества:

• Малая строительная длина и высота, особенно у межфланцевых моделей.
• Небольшая масса, что снижает нагрузку на трубопровод и упрощает монтаж.
• Простота конструкции, малое количество деталей, легкость обслуживания и ремонта (часто возможна замена уплотнения без демонтажа с трубопровода).
• Быстрое время открытия/закрытия (обычно ¼ оборота).
• Низкая стоимость, особенно для больших диаметров, по сравнению с задвижками или шаровыми кранами.
• Хорошие регулирующие характеристики в определенном диапазоне углов поворота (примерно от 15° до 70°).

Недостатки:

• Наличие диска в проточной части даже в открытом состоянии создает гидравлическое сопротивление и перепад давления.
• Ограниченная область применения для высоких давлений (по сравнению с шаровыми кранами и задвижками).
• Возможное заклинивание диска при длительной эксплуатации в средах с отложениями без профилактического обслуживания.
• Для достижения высокой герметичности на высоких температурах требуются сложные и дорогие конструкции с металлическими уплотнениями.
• Ограничения по температуре для моделей с мягким уплотнением.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж – залог долговечной работы. Затвор должен устанавливаться на прямом участке трубопровода с обеспечением соосности фланцев. Рекомендуется перед монтажом очистить трубопровод от окалины и мусора. Для межфланцевых затворов необходимо использовать центрирующие шпильки и равномерно затягивать крепеж крест-накрест, избегая перекоса. При эксплуатации с ручным приводом не следует применять чрезмерных усилий на рычаге. Для автоматических приводов необходимо контролировать соответствие фактического крутящего момента паспортным значениям. Техническое обслуживание включает периодическую проверку герметичности, смазку подшипников штока (если предусмотрено конструкцией) и проверку работы привода.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие дискового затвора от шарового крана?

Основное отличие – в конструкции запирающего элемента. В шаровом кране это сферическая пробка со сквозным отверстием, которая в открытом положении не создает сопротивления потоку. Затвор же всегда имеет диск в проточной части. Шаровые краны, как правило, обеспечивают более высокую герметичность и меньшее гидравлическое сопротивление на полном проходе, но они дороже и габаритнее для диаметров свыше DN300. Затворы выигрывают в цене, массе и компактности на больших диаметрах.

Можно ли использовать дисковый затвор для регулирования расхода?

Да, дисковые затворы могут использоваться для регулирования, но с важными оговорками. Их расходная характеристика (зависимость пропускной способности от угла поворота) является приближенно линейной только в диапазоне углов от примерно 15° до 70°. При малых углах открытия поток сильно турбулентен, возможны вибрации и кавитация, что приводит к быстрому износу диска и уплотнения. Для точного и частого регулирования следует выбирать специальные регулирующие затворы с профилированными дисками и рассчитанными характеристиками.

Что означает обозначение «двойная эксцентричность» (double eccentric) или «тройная эксцентричность» (triple eccentric)?

Это усовершенствованные конструкции, призванные снизить трение и износ уплотнения:

• Эксцентриситет 1 (осевой). Ось вращения диска смещена от оси прохода трубопровода. Это позволяет диску отходить от седла при открытии без трения.
• Эксцентриситет 2 (радиальный). Ось вращения смещена также относительно центральной линии седла. Дополнительно уменьшает контактное трение.
• Эксцентриситет 3 (конический). Седловая поверхность выполнена под углом (конической) относительно оси трубопровода. В сочетании с конической формой края диска это обеспечивает плотный клиновый контакт металл-по-металлу в положении «закрыто» при минимальном трении в процессе закрытия/открытия. Затворы с тройным эксцентриситетом (3E) – это, как правило, металлосидящие модели для высоких температур и давлений.

Как правильно подобрать материал уплотнения для конкретной среды?

Подбор осуществляется по химической стойкости и температурному диапазону. Необходимо руководствоваться таблицами химической стойкости материалов, предоставляемыми производителями. Например, EPDM несовместим с маслами и углеводородами, а NBR – с окислителями и полярными растворителями. Для сложных или смешанных сред часто выбирают PTFE (тефлон) как наиболее инертный материал, либо Viton для высоких температур. При наличии абразивных частиц в среде следует рассматривать износостойкие варианты уплотнений или металлические затворы.

Почему затвор с ручным управлением может «заклинить» в положении «закрыто» после длительного простоя?

Основные причины: отложение осадка или накипи в зазоре между диском и корпусом/уплотнением, либо коррозионное схватывание материалов диска и седла (для металлических затворов). Для предотвращения рекомендуется периодически (раз в квартал или месяц) проводить профилактическое открытие-закрытие затвора. В системах с высокой вероятностью отложений следует выбирать конструкции с минимальными зазорами или предусматривать регулярную промывку.

Каковы критерии выбора между межфланцевым (wafer) и фланцевым исполнением?

Межфланцевый затвор выбирают для экономии веса и пространства, когда трубопровод имеет надежную систему фланцевых соединений и не предполагается частый демонтаж именно затвора. Фланцевое исполнение предпочтительнее, если: трубопроводная система требует частой разборки; затвор устанавливается в конце линии или перед оборудованием, которое также может демонтироваться; есть повышенные требования к прочности соединения и компенсации нагрузок от трубопровода. Фланцевые затворы также проще заменить без необходимости раздвигать трубопровод.