В статье представлена информация о назначении, сферах применения клиновых задвижек, подробно описана структура и особенности конструкции этого вида продукции.
Для студентов и специалистов, работающих в сфере производства и эксплуатации трубопроводных систем различного назначения.
Управление работой технологических и магистральных трубопроводов различного назначения осуществляется посредством запорной арматуры разнообразной конструкции. В большинстве случаев (до 80%) в качестве запорных устройств, используемых для регулирования подачи жидких и газообразных веществ при их транспортировке, служат клиновые задвижки – что это, каковы их преимущества и недостатки поможет узнать подробное описание технических особенностей этого вида трубопроводной арматуры.
Сферы применения
Без подобных устройств невозможно обойтись при эксплуатации газопроводных коммуникаций, при перекачке нефти и ее производных, химических реагентов различной консистенции, классов опасности и температурных характеристик. Не менее распространенная сфера применения клиновых задвижек – жилищно-коммунальное и водопроводно-канализационное хозяйство.
Конструкционные особенности клиновых задвижек
Популярность этого вида запорной арматуры обусловлена надежностью и сравнительно несложным устройством. Основа конструкции – корпус с крышкой. Внутри образовавшейся полости размещен затвор (запорный элемент), соединенный со шпинделем, обеспечивающим вертикальное перемещение затвора (открытие – закрытие задвижки).
Структура
Крепежными элементами служат фланцы или муфты (для сварных соединений). Управление осуществляется при помощи маховика или редуктора с электро-, пневмо- или гидроприводом. Герметичность конструкции обеспечивается за счет уплотнения в месте выхода шпинделя наружу.
Задвижка с не выдвижным шпинделем
В зависимости от строения резьбового узла «шпиндель-гайка» и способа перемещения затвора различают задвижки:
- С выдвижным шпинделем. Выпускаются в диапазоне Dу 50-1200 мм. При вращении маховика с гайкой происходит подъем шпинделя с закрепленным на нем затвором на заданную высоту. Закрытие выполняется вращением маховика в обратную сторону. Этот вид запорной арматуры отличается особой надежностью и может быть применен, в том числе, на наиболее ответственных участках трубопроводов. Однако в некоторых случаях использование изделий с выдвижным штоком неприемлемо из-за значительных строительных размеров.
- С невыдвижным шпинделем. В этом случае шпиндель жестко крепится к маховику, гайка – к затвору. Подъем затвора обеспечивается вращением маховика и вместе с ним – шпинделя. Общая высота таких задвижек в открытом положении остается неизменной, что позволяет использовать их в условиях ограниченного пространства. Диапазон размеров Dу – от 50 до 500 мм.
Недостаток таких устройств – резьбовая пара подвержена постоянному воздействию рабочей среды, в связи с чем сроки эксплуатации изделий существенно уменьшаются.
Виды клиновых затворов
Для плотного прилегания запирающего устройства в корпусе предусмотрены клиновидные направляющие – седла. В соответствии с условиями эксплуатации форма затвора может быть различной, в том числе:
- Жесткой, требующей высокой точности обработки. Это необходимо с целью исключить зазоры в клиновом соединении. На практике возможно заклинивание затвора жесткой формы в результате износа, коррозийных повреждений металлических элементов или температурных колебаний рабочих газов и жидкостей.
- Двухдисковой. Клиновое соединение образуется двумя дисками, закрепленными между собой и расположенными под углом друг к другу. Такая конструкция, хотя и более сложная, является саморегулируемой – положение дисков легко корректируется в соответствии с формой седел, создавая герметичное примыкание в закрытом положении. Одновременно исключается жесткое заклинивание, снижается износ трущихся частей. В целом уменьшается усилие, применяемое для открытия-закрытия задвижки.
- Упругой. Это тот же двухдисковый клин, но с включением дополнительного упругого элемента, расположенного между дисками. За счет этого достигается заданная плотность соединения, хотя и несколько снижается возможность самоустановки дисков. Усовершенствованная конструкция менее сложная по сравнению с двухдисковым вариантом, и не нуждается в точной подгонке, как в случае с жестким затвором.
Что же такое клиновая задвижка? Название произошло от вида запорного элемента, имеющего форму клина. Материалом корпуса, в зависимости от назначения устройства и рабочей среды, может служить чугун (серый и ковкий), сталь (конструкционная, легированная, нержавеющая) или сплавы цветных металлов. При работе в агрессивных средах лучше проявляют себя задвижки со стальным затвором.
Уплотнительные кольца изготавливаются из латуни и фтороласта.
Независимо от устройства запорного элемента большая часть клиновых задвижек рассчитана на полное открытие или закрытие. Не полностью открытый затвор может быть поврежден под воздействием потока рабочей среды.
Применение электрифицированной запорной арматуры
Опасность заклинивания задвижек большого диаметра (от 500 мм и более), управляемых вручную, значительно уменьшается, если при эксплуатации использовать их периодическое прокручивание. Процедура, широко используемая на производстве, довольно сложная, если учитывать усилие, которое требуется для ее реализации. Выход из положения – оборудование электроприводом. Клиновая электрифицированная задвижка с дистанционным управлением – что это? Это та же задвижка, но оснащенная:
- редуктором, необходимым для снижения скорости вращения вала электродвигателя;
- электродвигателем соответствующей мощности;
- муфтой ограничения крутящего момента;
- концевыми выключателями, обеспечивающими своевременное отключение двигателя при полном открытии-закрытии затвора.
Задвижки с электропиводами
Это реальный способ оптимизации управления, особенно выгодный при эксплуатации магистральных трубопроводов и разветвленных сетей различных диаметров. При возникновении нештатных ситуаций возможно вновь вернуться к ручному управлению.
Плюсы и минусы клиновых задвижек
Плюсы
Разобравшись с устройством и особенностями структуры запорной трубопроводной арматуры, несложно ответить на вопрос пользователей: клиновая задвижка как работает и что это в техническом отношении? Специальная конструкция обеспечивает условия для точного позиционирования в полностью открытом и закрытом положениях. Важно, что в открытом состоянии затвор поднимается выше уровня потока рабочей среды и не подвергается разрушительному воздействию абразивных частиц.
Минусы
Серьезное влияние на выбор запорных устройств оказывают условия эксплуатации трубопроводов и рабочая среда. Все особенности работы трубопроводов обязательно учитываются при разработке проекта, при этом особое значение уделяется качественным и конструктивным показателям трубопроводной арматуры.
- универсальность применения – исходя из представленной выше таблицы, задвижки, в частности, с выдвижным штоком, рассчитаны на широкий диапазон температур и рабочего давления;
- задвижки рассчитаны на надежное перекрытие, в том числе, высокоскоростных потоков;
- простота конструкции – чтобы установить, собрать или разобрать изделие, не требуется высокой квалификации исполнителя;
- возможность применения даже в ограниченном по высоте пространстве;
- достаточная устойчивость к воздействию агрессивных газов и жидкостей при транспортировке;
- отсутствие усиленного гидравлического сопротивления за счет особенностей конструкции;
- долговечность эксплуатации – при регулярных ТО и плановых ремонтах изделия способны служить в течение десятилетий;
- способность транспортировать рабочие жидкие и газообразные вещества в обоих направлениях;
- возможность плавного открытия и закрытия без гидравлических ударов в системе.
- длительность процессов открытия-закрытия за счет малого шага и длины резьбовых соединений;
- недостаточная устойчивость уплотнений, вызывающая утечки транспортируемой рабочей среды, и за счет этого – увеличение затрат на техобслуживание и мелкий ремонт;
- ограничения по высоте – для задвижек с выдвижным шпинделем, увеличивающихся при открывании на величину диаметра трубопровода.
- возможность вибраций при работе в полуоткрытом состоянии, способных привести к разгерметизации или даже разрушению трубопровода.
Сертификация и маркировка задвижек
Учитывая работу в условиях повышенного давления, к запорной трубопроводной арматуре предъявляются повышенные требования безопасности. О надежности и качественных показателях арматуры свидетельствует обязательная декларация соответствия – без этого документа продукция не может быть допущена для реализации в пределах Таможенного союза.
Запорная арматура, предназначенная для установки на трубопроводы, перекачивающие агрессивные, горючие, опасные для здоровья людей жидкие и газообразные вещества, подлежит сертификации лицензированными органами. Присвоение сертификата выполняется на основании проведенных лабораторных исследований, подтвержденных протоколом испытаний.
В комплект поставки запорной арматуры входят дополнительные уплотняющие и крепежные материалы – латунные и фторопластовые прокладки, кольца, болты, шпильки с гайками и др.
На корпус наносится соответствующая маркировка с указанием завода-производителя, типа задвижки (например: ЗКЛ – задвижка клиновая литая), диаметра условного прохода (Dу) и величины предельного давления (pn), на которое рассчитана задвижка.
Требования государственных стандартов
Нормы и правила производства трубопроводной запорной арматуры регламентируются соответствующими ГОСТ и ТУ. Основу нормативных документов, касающихся устройства и безопасности задвижек, клиновых в частности, представляет ГОСТ 5762-2002 «Арматура трубопроводная промышленная. Задвижки на номинальное давление не более PN 250. Общие технические условия».
Подробно изучить технические условия, предъявляемые к задвижкам на номинальное давление не более pn 25 МПа, можно в ГОСТ 5762-2002. Действию утвержденных стандартов и ТУ подлежат все запорные трубопроводные устройства в соответствии с заданными условиями эксплуатации трубопроводов.
Монтаж
Монтаж задвижки под углом
Установка клиновой запорной арматуры выполняется в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя. Монтаж осуществляется только на прямолинейных участках трубопровода – это поможет исключить гидроудары в результате скопления транспортируемых веществ в углублениях и неровностях.
Перед началом монтажа задвижек Dу более 100 мм устанавливаются дополнительные опоры, грунт (при подземной установке) утрамбовывается, обеспечивается плотное основание. Затвор приводится в открытое положение.
Фланцы задвижки фиксируются строго параллельно фланцам трубопровода. Болты затягиваются с равномерным усилием, во избежание перекосов, способных нарушить бесперебойную работу оборудования.
