Запорная арматура

Шаровый кран

Кран - это запорная арматура, в которой подвижная деталь затвора имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потока рабочей среды и его перекрытия, вращается вокруг своей оси, произвольно расположенной к направлению потока рабочей среды. Устройство запорной арматуры имеет две основные детали - неподвижную (корпус) и вращающуюся (пробку). В зависимости от геометрической формы уплотнительной поверхности затвора краны разделяются на три основных типа:

• конический;
• цилиндрический;
• шаровые (сферический).

В зависимости от характера движения пробки различают краны с вращением пробки без подъема и с подъемом (отжимом) пробки перед поворотом и последующим опусканием (прижимом) после поворота.

По наличию или отсутствию сужения прохода шаровые краны бывают полнопроходные и суженные. По форме прохода краны могут быть с круглым, прямоугольным, трапецеидальным и овальным проходами.

По материалу корпуса или пробки различают краны бронзовые, латунные, цинково-алюминиевые, чугунные, стальные, титановые, пластмассовые, керамические, графитовые и др.

По материалу уплотнительных поверхностей краны бывают с металлическими, пластмассовыми, графитовыми и резиновыми седлами или гнездами.

По конструкции корпуса различают краны с разъемом параллельным, перпендикулярным или наклонным к оси трубопровода и с цельным корпусом (без разъема). По типу управления и привода краны могут быть с ручным управлением, с гидравлическим, пневматическим или электрическим приводом.

По направлению потока и числу патрубков различают краны проходные, угловые, трехходовые и многоходовые.

Краны применяются как для жидких сред, практически почти с любыми свойствами, так и для газообразных. Запорные краны, в основном, используются на магистральных трубопроводах, транспортирующих природный газ и нефть, а также в системах городского и коммунального хозяйства.

Достоинства кранов: малое время открытия и закрытия, низкое гидравлическое сопротивление, небольшая высота и строительная длина, простота конструкции, компактность, возможность предохранения уплотняющих поверхностей корпуса и пробки от воздействия протекающей среды при открытом положении крана и возможность применения смазки уплотняющих поверхностей, так как уплотняющие поверхности корпуса и пробки соприкасаются постоянно.

Недостатки кранов: большие крутящие моменты, необходимые для управления, необходимость применения (для некоторых разновидностей) неметаллических уплотнительных элементов, относительная сложность процесса притирки пробки к корпусу крана, сравнительно быстрый износ и потеря плотности конусного соединения в связи с большим трением соприкасающихся поверхностей при повороте пробки при разнице в величине пути трения для верхней и нижней части пробки.

Задвижка

Задвижка – это один из видов запорной арматуры для трубопроводов, в котором запорный или регулирующий орган перемещается возвратнопоступательно перпендикулярно оси потока рабочей среды. В настоящее время имеется большое разнообразие конструкций задвижек, которые можно подразделить по различным признакам на группы. Задвижки обычно изготовляются полнопроходными, т.е. диаметры отверстий в проходах задвижки не сужаются. В некоторых случаях, с целью экономии места при монтаже и с целью уменьшения усилий и моментов, необходимых для управления, применяются суженные задвижки, у которых диаметры отверстий в корпусе сужаются. Большое значение для работы задвижек имеет расположение резьбы шпинделя и ходовой гайки. По этому признаку задвижки можно подразделить на задвижки с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Нормальная работа резьбовой пары шпиндель - ходовая гайка может протекать лишь в чистой среде, не коррозирующей и не засоренной твердыми примесями, поэтому задвижки с невыдвижным шпинделем имеют ограниченное применение в средах: чистая вода, масло и некоторые другие. Установка запорной арматуры (задвижки) должна быть обусловлена технической необходимостью перекрытия потока.

В зависимости от уплотняющих колец (седла) в корпусе задвижки можно разделить на параллельные и клиновые. Клиновые задвижки в свою очередь подразделяются на задвижки с цельным клином и задвижки клиновые двухдисковые, у которых клин образуется двумя дисками, расположенными под углом. Применение цельного диска создает жесткую и надежную конструкцию, но жесткость клина, полезная для обеспечения надежной плотности замка, создает при колебаниях температуры опасность заклинивания клина со всеми вытекающими отсюда последствиями из-за невозможности открыть задвижку. В задвижке с двухдисковым клином вероятность заклинивания значительно меньше. Цельный клин в задвижке лучше направляется, чем двухдисковый, что является ценным качеством.

Задвижки изготовляются из чугуна, стали, сплавов цветных металлов и из пластмасс. Задвижки большого прохода для малых давлений иногда изготовляются сварными. Запорная арматура давление которой во время эксплуатации превосходит 0,1 МПа, требует повышения прочностных характеристик. Для увеличения жесткости крышек, плоских и овальных корпусов конструкции снабжаются ребрами жесткости, задвижки с круглым корпусом ребер жесткости не имеют. Допускаемые напряжения сжатия для чугуна значительно больше допускаемых напряжений растяжения, поэтому чугунные задвижки с внутренними ребрами при тех же размерах и условиях работы прочнее, чем с наружными ребрами; в силу этого, чугунные задвижки стараются снабжать вдоль длинной стенки ребрами, расположенными внутри. Для стальных задвижек расположение ребер снаружи или внутри равнозначно, поэтому их чаще всего выполняют с наружными ребрами, изготовление которых проще. Ребрами жесткости снабжаются также диски и клинья больших задвижек.

В задвижках используется ручной привод, электрический, а так же находят применение поршневые гидравлические и пневматические приводы. Для уменьшения крутящего момента на маховике ручного управления используют редуктор с червячной передачей или редуктор с зубчатой конической передачей. При наличии электро-или гидропривода задвижки снабжаются ручным дублером управления для того, чтобы работа запорной арматуры, не зависела от отсутствия электрического тока или давления в системе для управления задвижкой.

Положительными качествами задвижек является сравнительная простота конструкций и малое гидравлическое сопротивление. У задвижек коэффициент гидравлического сопротивления находится обычно в пределах С, = 0,08-0,2, в то время как у вентилей он составляет С, = 3-5 и более. Малое гидравлическое сопротивление задвижек делает их особенно ценными, например, для трубопроводов, через которые постоянно движется среда с большой скоростью.

Недостатком задвижек является их относительно большая высота. В тех случаях, когда затвор арматуры должен быть закрыт, а открывание производится редко, в целях экономии места при Dy <100 мм используются вентили.

Вентили

Вентиль - промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий орган перемещается возвратнопоступательно параллельно оси потока рабочей среды. Вентиль представляет собой клапан со шпинделем, ввинчиваемым в резьбу неподвижной ходовой гайки, расположенной в крышке или бугеле. Применение резьбы, обладающей свойствами самоторможения, позволяет оставлять тарелку клапана в любом положении с уверенностью, что это положение сохранится и не будет самопроизвольно изменяться под действием давления среды. Использование резьбы позволяет применять малые усилия на маховике для управления вентилем.

Вентиль отличается простотой конструкции и создает хорошие условия для обеспечения надежной плотности при закрытом положении затвора. В силу этих причин вентили получили очень широкое распространение, главным образом в запорной арматуре. Они используются как запорная арматура для отопления и других высокотемпературных сред. Вентили в промышленности наиболее широко используются на трубопроводах малого диаметра и по мере увеличения условного диаметра трубопровода, начиная с Dy = 50 мм, уступают место задвижкам. Вентили рекомендуется применять для трубопроводов диаметром до 50 мм; при большем диаметре они могут быть использованы, если гидравлическое сопротивление запорного устройства не имеет существенного значения; применение запорной арматуры в качестве регулирующей (дросселирующей) запрещается. Положительным качеством вентиля является сравнительно небольшой ход тарелки, необходимый для полного открытия вентиля. Для этой цели тарелку вентиля достаточно поднять на 1/4 диаметра отверстия в седле, тогда как для открытия задвижки необходимо клин или диск переместить на величину, равную диаметру отверстия, т. е. в четыре раза больше. Поэтому вентиль имеет значительно меньшую габаритную высоту, чем задвижка того же диаметра, но строительная длина его (расстояние между наружными торцами проходных фланцев вентиля) больше, чем в задвижке, причем, с увеличением диаметра прохода эта разница увеличивается.

Вентиль отличается простотой конструкции и создает хорошие условия для обеспечения надежной плотности при закрытом положении затвора. В силу этих причин вентили получили очень широкое распространение, главным образом в запорной арматуре. Они используются как запорная арматура для отопления и других высокотемпературных сред. Вентили в промышленности наиболее широко используются на трубопроводах малого диаметра и по мере увеличения условного диаметра трубопровода, начиная с Dy = 50 мм, уступают место задвижкам. Вентили рекомендуется применять для трубопроводов диаметром до 50 мм; при большем диаметре они могут быть использованы, если гидравлическое сопротивление запорного устройства не имеет существенного значения; применение запорной арматуры в качестве регулирующей (дросселирующей) запрещается. Положительным качеством вентиля является сравнительно небольшой ход тарелки, необходимый для полного открытия вентиля. Для этой цели тарелку вентиля достаточно поднять на 1/4 диаметра отверстия в седле, тогда как для открытия задвижки необходимо клин или диск переместить на величину, равную диаметру отверстия, т. е. в четыре раза больше. Поэтому вентиль имеет значительно меньшую габаритную высоту, чем задвижка того же диаметра, но строительная длина его (расстояние между наружными торцами проходных фланцев вентиля) больше, чем в задвижке, причем, с увеличением диаметра прохода эта разница увеличивается.

Дисковый поворотный затвор

Затворы. По своей конструкции заслонка представляет собой короткий отрезок трубы с затвором в виде диска, поворачивающимся вокруг оси, расположенной перпендикулярно к оси прохода . Затвор (диск) может быть плоским или двояковыпуклым (линзовым) – чечевичного сечения. Для герметизации запорного органа применяются металлические или мягкие (резина, фторопласт) уплотнительные кольца. Заслонки могут использоваться как запорная и как запорно регулирующая арматура. Серийно заслонки выпускаются для трубопроводов с условными диаметрами прохода от 50 до 2400 мм и более. Они используются как запорная арматура для водопровода, так и запорная арматура для отопления. Для того чтобы обеспечить достаточную герметичность запорного органа, применяются уплотнительные резиновые соединения, а так же смещают ось вращения диска, используют диск диаметром большим, чем диаметр проходного отверстия в корпусе. В последнем случае закрытое положение запорного органа создается при положении диска под некоторым углом к поперечному сечению корпуса.

Управление заслонками может осуществляться вручную, с использованием электро-, пневмо- или гидропривода. В производственных условиях возможно отключение внешнего источника энергии (электроэнергии, давления пневматики или гидравлики), поэтому для управления заслонкой обязательно предусматривается ручной дублер.

Достоинствами затворов являются: минимальная строительная длина, малые масса и металлоемкость, простота конструкции, малое число деталей, относительно низкая стоимость. Эти преимущества по отношению к другим типам запорной арматуры возрастают с увеличением условного диаметра.

Недостатками затворов являются пониженная герметичность запорного органа и большие крутящие моменты на валу, необходимые для управления заслонками с большими условными диаметрами прохода при значительных перепадах давления на затворе. Это вынуждает применять в ряде случаев поршневые гидроприводы. В последнее время затворы получают все большее применение в широком диапазоне давлений и температур рабочей среды, когда к герметичности запорного органа не предъявляются высокие требования. Затворы применяются как с горизонтальной, так и с вертикальной осью поворота затвора. Помимо круглых заслонок существуют заслонки с затвором прямоугольной формы и многостворчатые. Последние представляют собой ряд прямоугольных затворов, поворачивающейся вокруг своей оси.