Затворы дисковые с диском

Затворы дисковые с диском: конструкция, материалы, применение и выбор

Дисковый затвор (также известный как поворотный затвор, butterfly valve) — это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия или регулирования потока рабочей среды. Основным рабочим органом является диск (заслонка), вращающийся вокруг оси, расположенной перпендикулярно или под углом к направлению потока. Конструкция с диском, жестко зафиксированным на штоке, является классической и наиболее распространенной, обеспечивая надежное перекрытие прохода при повороте на 90° от полностью открытого до полностью закрытого положения.

Конструктивные особенности и основные компоненты

Стандартный дисковый затвор состоит из следующих ключевых элементов:

• Корпус: Может быть литым, штампованным или сварным. Основные типы — межфланцевый (бесфланцевый, wafer), с фланцевыми присоединительными концами и под приварку. Межфланцевый тип наиболее компактен и устанавливается между ответными фланцами трубопровода, стягиваемыми шпильками.
• Диск (заслонка): Элемент, непосредственно перекрывающий поток. Форма диска (чаще всего двояковыпуклая, линзообразная или плоская) и его ориентация в потоке определяют гидравлические характеристики. Диск жестко посажен на шток.
• Шток (ось): Передает крутящий момент от привода к диску. Бывает проходным (проходит через весь диск и опирается на два подшипника) и не проходным (закреплен с одной стороны). Проходной шток обеспечивает более высокую надежность и пригодность для более высоких давлений.
• Уплотнение: Критически важный узел, состоящий из седлового уплотнения в корпусе и уплотнения штока. Седловое уплотнение обеспечивает герметичность в закрытом положении при контакте с периферией диска.
• Привод: Ручной (рычажный, редукторный) или автоматизированный (электрический, пневматический, гидравлический).

Классификация и типы дисковых затворов

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

По типу уплотнения

• С мягким (резиновым, полимерным) уплотнением: Уплотнительное кольцо (седло) изготовлено из EPDM, NBR, Viton, PTFE и устанавливается в корпус или на диск. Обеспечивает высокую герметичность класса «А» по ГОСТ 9544-2015 (нулевая утечка), но ограничено по температуре и износостойкости. Наиболее распространенный тип для воды, воздуха, нейтральных сред при температурах от -20°C до +120°C (в зависимости от материала).
• С металлическим уплотнением (металл-металл): И диск, и седло выполнены из коррозионно-стойких сталей или сплавов. Применяются для высоких температур (до +800°C) и агрессивных сред, где полимеры неприменимы. Герметичность обычно класса «С» или «D».
• Комбинированное уплотнение: Многоступенчатое уплотнение, часто включающее металлический контакт для позиционирования и мягкое уплотнение для герметичности.

По способу монтажа диска на штоке

• Затворы с жестко закрепленным диском: Диск фиксирован на штоке жестко. Конструкция проста, но в положении «открыто» диск остается в потоке, создавая гидравлическое сопротивление.
• Затворы с эксцентриковым диском (тройной эксцентриситет): Ось диска смещена относительно оси штока (эксцентриситет диска), оси прохода (радиальный эксцентриситет) и наклонена (конусный эксцентриситет). Это позволяет диску при открывании отходить от седла без трения, что резко увеличивает ресурс. При закрытии происходит плотный прижим. Это арматура высокого класса, часто с металлическим уплотнением, для критичных применений.

Материалы изготовления

Выбор материалов определяется рабочей средой, давлением, температурой и коррозионной активностью.

Компонент	Типичные материалы	Примечания и применение
Корпус	Чугун GG-25 (СЧ20), Ковкий чугун, Углеродистая сталь (WCB), Нержавеющая сталь (CF8/304, CF8M/316), Дуктильный чугун, Алюминиевые сплавы, Биметалл (чугун с нерж. вкладышем)	Чугун — для воды, воздуха при низких давлениях. Сталь WCB — для повышенных температур и давлений. Нерж. сталь — для агрессивных сред.
Диск	Углеродистая сталь с покрытием (никелирование, эпоксидка), Нержавеющая сталь (304, 316), Алюминиевая бронза, Дуктильный чугун с покрытием	Материал диска часто соответствует или превосходит материал корпуса по коррозионной стойкости. Покрытия (эпоксидные) защищают от кавитации и коррозии.
Уплотнение (седло)	EPDM, NBR, Viton (FKM), PTFE (тефлон), Бутилкаучук, Металл (нерж. сталь, инконель, стеллит)	EPDM — для горячей/холодной воды, пара. NBR — для масел, топлива. Viton — для хим. агрессивных сред. PTFE — для высокоагрессивных сред. Металл — для высоких температур.
Шток	Нержавеющая сталь (AISI 420, 304, 316), Углеродистая сталь с гальваническим покрытием	Шток должен обладать высокой прочностью на кручение и коррозионной стойкостью. Нерж. сталь — стандарт для ответственных применений.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Дисковые затворы нашли широкое применение благодаря компактности, легкости, быстроте действия и относительно низкой стоимости.

• Системы водоснабжения и водоотведения (ХВС, ГВС, сточные воды): Основная область. Используются затворы с чугунным корпусом и резиновым (EPDM, NBR) уплотнением на давления до 16-25 бар.
• Теплоэнергетика и системы теплоснабжения: Для циркуляционной воды, конденсата, сетевой воды в ИТП и ЦТП. Применяются затворы с корпусом из углеродистой стали и термостойким уплотнением (EPDM для температур до +120°C+150°C). Для пара низкого давления.
• Вентиляция и кондиционирование: Регулирование потоков воздуха в крупных воздуховодах. Затворы с пневмоприводом, часто из оцинкованной стали или алюминия.
• Пожаротушение: В спринклерных и дренчерных системах. Материалы должны соответствовать нормам пожарной безопасности.
• Химическая и нефтегазовая промышленность: Используются затворы из нержавеющей стали или с футеровкой PTFE, с эксцентриковым диском, для работы с агрессивными средами.

Ключевые технические характеристики и параметры выбора

При подборе дискового затвора необходимо учитывать следующий набор параметров:

• Условный диаметр (DN): От 50 до 1200 мм и более для межфланцевых конструкций; до 3000 мм для фланцевых.
• Условное давление (PN): Стандартный ряд: 6, 10, 16, 25, 40 бар. Для затворов с мягким уплотнением обычно ограничено PN16-PN25. Эксцентриковые затворы могут работать на PN40, PN63 и выше.
• Рабочая среда и температура: Определяет выбор материалов корпуса, диска и, главное, уплотнения.
• Класс герметичности: По ГОСТ 9544-2015 (аналог ISO 5208). Класс «А» — самый высокий (нулевая утечка), достигается затворами с мягким уплотнением. Классы «B», «C», «D» — для металлических уплотнений.
• Коэффициент гидравлического сопротивления: У дисковых затворов он значительно выше, чем у задвижек или шаровых кранов, особенно в частично открытом положении. Это критично для систем с высокими требованиями к энергоэффективности.
• Крутящий момент на штоке: Определяет тип и мощность привода. Максимальный момент требуется в момент закрытия/открытия из-за необходимости преодоления трения и перепада давления.

Сравнение с другими типами запорной арматуры

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж критичен для долговечной работы затвора. Межфланцевый затвор должен устанавливаться между фланцами без перекоса. Шпильки должны затягиваться крест-накрест с рекомендуемым моментом, чтобы не деформировать корпус и не зажать диск. Перед монтажом необходимо убедиться в чистоте фланцев и отсутствии посторонних предметов в трубопроводе. При эксплуатации не рекомендуется оставлять затвор в частично открытом положении под большим перепадом давления для сред с высокой абразивностью — это приводит к кавитационному износу диска и уплотнения. Обслуживание, как правило, заключается в периодической проверке герметичности, смазке подшипников штока (если предусмотрено) и проверке работы привода.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие дискового затвора от шарового крана?

Основное отличие в конструкции запорного элемента: диск (пластина) у затвора и сфера у крана. Шаровой кран, как правило, обеспечивает более высокую герметичность и меньшее гидравлическое сопротивление в открытом состоянии (в полнопроходном исполнении). Дисковый затвор дешевле, особенно на большие диаметры (DN>200), компактнее по строительной длине, но имеет худшие регулировочные характеристики и большие моменты управления.

Можно ли использовать дисковый затвор для регулирования расхода?

Да, но с существенными оговорками. Характеристика регулирования (зависимость расхода от угла поворота) у дискового затвора нелинейна и имеет невысокую точность. При небольших углах открытия (до 20-30°) диск испытывает значительные гидродинамические нагрузки, вызывающие вибрацию и кавитационный износ. Для постоянного и точного регулирования рекомендуется использовать специальные регулирующие затворы с профилированными дисками или отдать предпочтение шаровым кранам с сегментным шаром/заслонкам.

Какой материал уплотнения выбрать для горячей воды (+95°C)?

Для систем ГВС и теплоснабжения с температурой до +95°C…+110°C оптимальным является этилен-пропиленовый каучук (EPDM). Он обладает отличной термостойкостью, стойкостью к старению и действию содержащихся в воде химикатов. Нитрильный каучук (NBR) в этом диапазоне температур стареет быстрее. Для температур выше +120°C следует рассматривать фторкаучук (Viton/FKM) или, в случае чистого пара, металлическое уплотнение.

Почему затвор с эксцентриковым диском дороже обычного?

Эксцентриковая конструкция технологически сложнее в производстве (требует высокоточного оборудования). Она обеспечивает принципиально иной режим работы: диск при открывании/закрывании не трется о седло, что резко увеличивает ресурс (особенно для металлических уплотнений) и снижает требуемый момент управления. Эти затворы применяются для более высоких давлений и температур, изготавливаются из более дорогих материалов, что в сумме определяет их высокую стоимость.

Что означает класс герметичности «А» по ГОСТ 9544?

Класс герметичности «А» — это самый высокий класс по ГОСТ 9544-2015 (ISO 5208:2015 Rate A). Он означает, что при испытаниях на стенде с водой под максимальным рабочим перепадом давления допустимая утечка через уплотнение равна нулю. Фактически это требование к полной герметичности. Его могут обеспечить только затворы с эластомерными (мягкими) или пластиковыми уплотнениями. Классы «B», «C», «D» допускают определенную, очень малую, нормируемую утечку и характерны для арматуры с металлическим уплотнением.

Как правильно хранить и транспортировать дисковые затворы?

Затворы должны храниться в закрытых помещениях, защищенных от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей. Диск должен быть в закрытом положении (но не запертым на ключ — только до упора ручкой), чтобы защитить уплотнительные поверхности. Фланцевые поверхности и присоединительные отверстия должны быть защищены крышками или заглушками. Штабелирование при хранении не рекомендуется. При транспортировке необходимо исключить ударные нагрузки.

Заключение

Дисковый затвор с диском представляет собой универсальный, экономичный и компактный тип трубопроводной арматуры, доминирующий в системах водоснабжения, вентиляции и на многих технологических линиях с низкими и средними параметрами. Ключевыми для корректной работы являются правильный выбор материалов (особенно уплотнения), учет гидравлических особенностей и соблюдение правил монтажа. Понимание различий между типами затворов (мягкое/металлическое уплотнение, концентрический/эксцентриковый) позволяет инженеру-проектировщику или специалисту по закупкам оптимально подобрать оборудование под конкретные условия эксплуатации, обеспечивая надежность и долговечность трубопроводной системы.