Затворы дисковые поворотные межфланцевые

Затвор дисковый — назначение и сферы применения

Техническое развитие привело к появлению трубопроводов для разных сред. Не только вода, но и газы, пар под давлением, химически агрессивные разъедающие жидкости, смесь воды с породой или отходами переработки транспортируются по трубам. Чтобы управлять потоком при любых показателях давления и температур, инженеры разработали различную трубопроводную арматуру.

Согласно ГОСТу 24856 — 2014, затвор дисковый поворотный относится к типу запорной трубопроводной арматуры. Со времени своего первого появления в двигателе "Мерседеса" в 1901 году дисковый затвор получил ряд синонимов:

• гермоклапан;

• задвижка дисковая;

• дроссельная заслонка;

• поворотный клапан;

• "бабочка", "баттерфляй";

• поворотный элемент и т.п.

Но эти названия официального признания по ГОСТу не получили. Хотя в обычной жизни затворы с поворотным диском именуют по-разному.

Это удобный для управления и практически совершенный с технической точки зрения механизм трубопроводной системы. Почти ⅘ от всего объема подобной арматуры приходится на запорные виды. Потребление дисковых затворов увеличилось почти на треть за последние 20 лет. Это связано с ростом строительства и обновлением промышленного корпуса страны.

Виды арматуры по назначению

Трубопроводная арматура, к которой относят запорную и запорно-регулирующую дисковую, классифицируется по назначению на несколько групп:

• промышленная общего назначения;

• промышленная для особых условий;

• специальная;

• целевая;

• сантехническая;

• судовая.

Часто встречается условное деление на три больших вида: промышленная, бытовая и специализированная. Их отличает назначение и способ изготовления. Общепромышленные механизмы производят по стандартным типоразмерам и для примерных усредненных показателей рабочей и окружающей среды.

Специализированную арматуру для трубопроводов выпускают по спецзаказу: когда нужны определенные размеры и сопротивляемость запредельным параметрам давления, температуры и т.п. Бытовая санитарно-техническая арматура предполагает типовое промышленное производство и работу с обычными физическими параметрами сред. Особый вид — судовая. Здесь важна устойчивость механизма к вибрации и коррозионная стойкость в соленой воде.

Разделение по сферам применения

Запорные и запорно-регулирующие дисковые арматурные устройства применяют во всех типах трубопроводов. Транспортировка воздуха, воды, пара, жидкостей, сыпучих веществ, газа, масел, нефти и т.п. осуществляется при помощи затворов.

Использование затворов диктует свои требования к классу герметичности, устойчивости к температурному режиму, давлению и агрессивности рабочей среды. Так, в сфере ЖКХ допустимо применение типовых дисковых запорных механизмов заводского производства из чугуна, а для пищевой промышленности есть ограничение по материалу рабочего органа (седла и диска) механизма, он должен быть химически нейтральным (например, из нержавейки).

Агрессивная рабочая среда, повышенное давление, запредельные температуры и т.д. — все это диктует производство целевых и специализированных видов запорной арматуры. Авиация, судостроение, космическая отрасль прибавляют требование к защите от вибрации. Поэтому в зависимости от сферы применения затворы различают по:

• материалам корпуса, диска, герметичного уплотнителя;

• механизму обеспечения герметичности (осевой или с 1, 2 и 3 эксцентриситетом);

• ручному и автоматическому управлению и т.п.

За последние 30 - 50 лет технологии позволили инженерам разработать улучшенные виды заслонок с диском. Разные типы этой запорной и запорно-регулирующей арматуры применяются под определенные задачи и рабочие условия.

Типы

Затворы дисковые поворотные делятся на разные типы в зависимости от параметра определения:

• по количеству дисков (однодисковые, многолопастные);

• по виду изготовления (типовые, целевые);

• по способу герметизации рабочего органа (мягкий вкладыш, металлический вкладыш);

• по автоматизации (ручное управление, автоматическое, дистанционное);

• по способу управления (ручное, механическое: элекро-, гидро-, пневмопривод);

• по типоразмерам (сверхмалые, малые, средние, большие, сверхбольшие);

• по материалу корпуса (чугунные, стальные, из прочих металлов (бронза, никель, титан, алюминий, латунь), керамики, пластмассы);

• по способу работы поворотного вала (осевые поворотные и эксцентриковые);

• по методу крепления (муфтовое, фланцевое, сварное)

Маркировки

Вся арматура, произведенная в России, маркируется заводами-изготовителями. Правила маркировки разработаны Центральным конструкторским бюро

арматуростроения (ЦКБА). Трубопроводная арматура маркируется по ГОСТу 4666 — 2015 путем нанесения обозначений на корпус (гравировкой, литьем, печатью, выбиванием знаков). Обозначения обычно дублируются табличкой с маркировочной информацией.

Исходя из материала корпуса, изделие должно быть окрашено производителем в определенный, соответствующий марке металла или принятому условному обозначению материала цвет:

Таблица соответствия группы материалов окраске корпуса

По стандарту ЦКБА любая арматура на корпусе содержит обозначение пяти элементов, расположенных последовательно:

1) тип трубопроводной арматуры (обозначается цифрами);

2) материал корпуса (буквенное сокращение);

3) вид привода (цифровое обозначение);

4) конструкция по каталогу ЦКБА (обозначается цифрами);

5) материал уплотнительных элементов или метод нанесения защиты на рабочий орган (буквенное сокращение).

К обязательным знакам на арматуре также относят:

• DN или Ду (номинальный диаметр);

• PN или Ру (номинальное давление) и (рабочее давление) Pp;

• материал корпуса;

• товарный знак изготовителя;

• максимально допустимые параметры температуры;

• заводской номер;

• дата (месяц и год изготовления).

Дополнительная маркировка (класс герметичности, взрывобезопасность, футеровка, номинал резьбового соединения и т.д.) наносится по усмотрению изготовителя. Таким образом, каждый затвор имеет выбитые на корпусе и продублированные на табличке данные маркировки, позволяющие безопасно встроить его в систему.

Основные свойства арматуры

• нужно отсечь участок трубопровода в случае аварии;

• полностью прекратить подачу рабочей среды из-за угрозы аварии и катастрофы;

• изолировать часть трубы для ремонта или демонтажа.

Все эти действия, а также регулирование объема подачи рабочей среды возможны благодаря принципу действия и устройству поворотной дроссельной заслонки.

Принцип работы механизма

ГОСТ от 2014 года дает определение понятию "затвор" как запорной трубопроводной арматуры. Но большинство моделей могут отчасти регулировать поток среды и, соответственно, давление в системе. Поэтому дисковые затворы чаще относят к запорно-регулирующим устройствам.

Любой такой механизм состоит из:

• корпуса (чаще металлического, но бывают и композитные, керамические, пластмассовые механизмы);

• рабочего органа — седла и диска, насаженного на ось поворотного вала;

• уплотнителя (вставки, вкладыша, манжеты, гермокольца, прокладки) из различных материалов;

• рычага управления (ручного, автоматического).

Затвор закрепляется в трубопроводе и его цилиндр становится частью трубы, а диск на перпендикулярной ходу движения потока оси стоит в открытом или закрытом положении. Он похож на монету, которая попала в трубу и встала там на ребро. Диск либо герметично перекрывает поток, либо с ходом угла в 10º - 90º (в зависимости от исполнения) приоткрывает сечение трубы для движения рабочей среды, так происходит регулировка.

Инженерные решения

С момента появления дроссельной заслонки в топливной системе первого "Мерседеса" затвор постоянно конструктивно улучшался. Особенно много для прорывных инженерных решений дало развитие химической отрасли, технологий производства и способы нанесения новых материалов (резина, полимеры, композиты и т.д.).

Основные изменения коснулись материалов уплотняющей вставки седла и дискового покрытия. Мягкий уплотнитель изготавливается из разных сортов резины и полимеров, поэтому герметичность заслонки дисковой выше, чем при связке металл+металл.

На диск из стали или чугуна может быть нанесен защитный слой из оцинковки, полимерной порошковой краски, тефлона, композитов, эпоксидных компонентов и т.п. Сам материал диска также встречается разный: бронза, латунь, титан, композит, керамика и т.д.

Но самое революционное решение — это автоматическое управление. Любой затвор может быть открыт, закрыт, поставлен в определенное положение удаленно при помощи:

• электропривода;

• пневмопривода;

• гидропривода.

Именно удаленное программируемое управление диском так сильно продвинуло позиции дисковых поворотных затворов на рынке запорной арматуры. Для промышленности и хозяйственных отраслей это крайне выгодное технологическое решение.

Также возросла линейка типоразмеров дисковых запорных механизмов Стало возможным изготавливать сверхбольшие по условному диаметру прохода модели (от 1500 мм и выше) и сверхмалые (до 5 мм).

Качественные и технические характеристики

Дисковые затворы изготавливаются не из единого материала, а из разных. Различают материал корпуса, диска и уплотнителя, а также методы нанесения защитного слоя на части рабочего органа арматуры или всего корпуса:

• футеровка (полимерное покрытие защитой);

• гуммирование (нанесение каучуков);

• эмалировка (защита эмалями, например, эпоксидными смолами).

Материал корпуса

Материал диска

Для диска в общепромышленной арматуре применяется чугун и сталь, в судовой — бронза, в целевой — сплавы и титан, в пищевой — нержавеющая сталь. Даже недорогие чугунные и стальные диски могут повысить свою долговечность и герметичность, если их покрыть защитным слоем. Поэтому производители часто используют подобную защиту дисков или всего рабочего органа. Благодаря такому техническому решению цена затвора дискового поворотного остается доступной, а характеристики механизма улучшаются.

Материал уплотнителя

Уплотнитель (вкладыш, вставка, прокладка, манжета, гермокольцо и т.п.) бывает мягким и металлическим. Металлические используются для арматур больших и сверхбольших типоразмеров:

• бронза;

• латунь;

• монель;

• алюминиевый сплав и т.п.

• нитрила (NBR;
• ЭПДМ (EPDM);
• неопрена (CR);
• фтороргаников;
• полиэтилена (гипалона (CSM), витона (FPM));
• силикона (SI) и т.д.

Материал защитного слоя

Защитный слой сохраняет детали или весь корпус от неблагоприятных условий воздействия окружающей и рабочей среды. Его наносят:

• только на диск;

• на весь рабочий орган;

• корпус;

• полностью покрывают арматуру.

Футерование покрывает детали полимерами, сплавами, гуммирование — каучуками, а эмалировка — эмалями и смолами. Часто металл корпуса, диска и поворотного вала (штока или шпинделя) защищают нержавеющей сталью, хромом, никелем, тефлоном, эпоксидной смолой, порошковой краской, эмалью, EPDM, PFA, фторопластом нескольких марок.

Рабочие среды

Для дисковых арматур предпочтительны жидкие неагрессивные, газовые, воздушные среды. Целевая арматура используется в сыпучей, химически агрессивной жидкой среде. Но это механизмы, изготавливаемые по спецзаказу. Типовые заводские затворы обычно применяются для систем ЖКХ, реже — в газовой и нефтехимической отрасли. Поэтому стандартными рабочими средами являются воздух, пар, газы и неагрессивные жидкости (вода).

Каждый тип арматуры и каждый заводской механизм имеют свои допуски по применению. Основные параметры — PN (Ру) и Pp (номинальное и рабочее давление) среды, а также допустимый температурный диапазон. Эти сведения указаны на корпусе затвора. Поэтому под любую рабочую среду подбирают оптимальную дисковую арматуру.

4. Фото. Дисковый затвор в системе трубопровода

Поворотные затворы работают в рабочих средах с давлением от сверхвысокого вакуума (<0,1 Па) до сверхвысокого давления >100 МПа. Стандартная арматура используется, в системах с номинальным давлением в районе 1 - 1,6 Мпа (малое давление).

Температурные режимы

Различают трубопроводную арматуру для нескольких температурных диапазонов:

• криогенная (> -153º);

• хладостойкая для холодильных установок (от -70º до -153º);

• охлажденная (от -70º до 0º);

• обычная (до 450º для углеродистой стали, до 300º для высокопрочного чугуна, до 225º для серого чугуна, до 200º для сплавов);

• высокотемпературная (жаростойкая) (от 450º до 600º);

• жаропрочная (от 600º).

Для всех специальных температурных диапазонов, кроме обычного, механизмы изготавливают по спецзаказу из подходящих по свойствам материалов (сплавов или композитов). Чугунные и стальные затворы подходят для большинства трубопроводов с обычным температурным режимом.

Монтажные параметры

У дисковых затворов классифицируют типоразмеры Ду dn от нескольких мм до 1,5 м и выше:

• сверхмалые 1 - 5 мм;

• малые 6 - 40 мм;

• средние 50 - 250 мм;

• большие >250 - 1400 мм;

• сверхбольшие 1500 - >4000 мм.

Различают основные, дополнительные и крайне редкие вспомогательные типоразмеры DN (Ду).

Поворотную арматуру монтируют как вертикально, так и горизонтально. У дисковых затворов нет условия обязательного соблюдения направления потока. Монтаж (самый распространенный) надежен и не требует дополнительной герметизации прокладками, быстр и ремонтопригоден.

Сравнение распространенных видов запорной арматуры

Разнообразие трубопроводной арматуры объясняется широким спектром ее задач и требований к ее эксплуатации. Запорные устройства, схожие с поворотными затворами, — заслонки и краны. Они до сих пор применяются в системах, хотя и сдали позиции затворам по спросу. В чем же эти виды запорной арматуры уступают современным дисковым механизмам, заслужившим признание и хорошие отзывы как покупателей, так и продавцов?

Сравнение с заслонками

По сравнению с заслонками затворы выигрывают по габаритам (строительной высоте), весу, времени срабатывания, комфорту и легкости управления. Также плюс поворотного диска его герметичность и свободный ход, а работа заслонки устаревшего типа чревата заклиниванием при редком применении.

Сравнение с кранами

В качестве запорной арматуры на важных участках и промышленных объектах предпочтительнее затворы с диском, т.к. у кранов существует вероятность прикипания, заклинивания. На трубопроводах большого сечения также выигрывают поворотные дисковые механизмы.

Преимущества 

Спрос на типовые чугунные дисковые затворы на арматурном рынке объясняется их существенными плюсами:

• соединяют запорную и регулирующую функцию;

• имеют удобные габариты (малая строительная высота и длина, вес);

• простота монтажа и демонтажа;

• отличная ремонтопригодность (любая сеть надежна именно благодаря надежности и быстрой заменяемости узлов);

• низкая цена затвора дискового поворотного (нанесение защитного слоя на чугун и сталь деталей арматуры позволяет сохранить низкую себестоимость и повысить долговечность);

• обеспечивают герметичность;

• быстро срабатывают;

• их не клинит;

• оснащаются любыми видами управления (электропривод или механический редуктор) и дистанционной автоматизации;

• применимы для больших и сверхбольших сечений трубопроводов;

• не загрязняются;

• не сильно изнашиваются.

Риски

Идеальных инженерных конструкций не существует. Любые преимущества идут об руку с недостатками. Но у оптимальных в работе механизмов плюсы гораздо существеннее минусов. Дисковая запорная арматура имеет следующие риски:

• для систем с жидкой рабочей средой желательна установка фильтра грубой очистки для защиты диска и прокладки от попадания окалины, ржавчины, песка, посторонних фрагментов и т.п., чтобы обеспечить долговременную герметичность;

• нужно обеспечить строгое соответствие диаметров фланцев, совпадение типоразмеров гарантирует штатную работу механизма;

• прокладку (уплотнитель, манжету, вкладыш, вставку, кольцо седла), обеспечивающую герметичное прилегание диска, нужно со временем менять;

• при чрезмерных нагрузках обычный серый чугун корпуса может разрушиться из-за хрупкости, необходимо учитывать качества материалов арматуры и условия ее эксплуатации, подбирать затвор, исходя из технических требований;

• трубу с затворами нельзя прочищать очистительными механическими устройствами, т.к. сечение не сквозное из-за диска на оси, встроенного в трубопровод;

• для больших типоразмеров нужна установка редуктора, чтобы без усилий управлять поворотным валом.

Стоит отметить, что срок службы запорной арматуры на трубопроводах не должен превышать время жизни самой системы. Поэтому современные дисковые затворы на 100% справляются со своими задачами, если изначально грамотно подобраны.