Параллельные задвижки
Задвижка ─ тип трубопроводной арматуры. Параллельные задвижки наряду с клиновыми, шиберными, шланговыми ─ один из его конструктивных вариантов.
Первую часть своего названия параллельная задвижка получила благодаря параллельному расположению уплотнительных поверхностей элементов затвора.
В этом заключается отличие параллельных задвижек от клиновых, у которых уплотнительные поверхности находятся под углом друг к другу.
Задвижки однодисковые и двухдисковые
В зависимости от количества дисков параллельные задвижки бывают однодисковыми и двухдисковыми.
Применительно к затворам трубопроводной арматуры диском называют составную часть запирающего элемента в виде круга, толщина которого существенно меньше его диаметра.
Вместо термина «диск» еще используют слово «тарелка».
В двухдисковых параллельных задвижках каждый из входящих в конструкцию запирающего элемента дисков в закрытом положении прижимается к своей уплотнительной поверхности в корпусе задвижки с помощью специального устройства, например, вспомогательного клина или пружины, либо под воздействием рабочей среды.
Параллельные задвижки отличают относительная простота изготовления и эксплуатации (обслуживания, ремонта).
«Относительная» - потому что надо одновременно обеспечить свободу движения дисков, достаточную для того, чтобы они могли занять правильное положение, и точный контакт уплотнительных поверхностей дисков и седел, в т. ч. при разных положениях задвижки и с учетом теплового расширения.
При изготовлении и ремонте параллельных задвижек максимально точного прилегания уплотнительных колец дисков к кольцам корпуса добиваются с помощью технологической операции притирки.
Для обеспечения функции регулирования на выходе задвижки может устанавливаться V-образное седло.
В отличие от клиновых задвижек у параллельных не наблюдается заедания затвора в положении «закрыто» даже в случае значительных тепловых нагрузок. Поэтому при высоких температурах рабочей среды более целесообразно ставить параллельные задвижки, нежели клиновые.
Достоинством параллельных задвижек является малое гидравлическое сопротивление.
Это качество особенно ценно при их эксплуатации на трубопроводах, в которых поток рабочей среды перемещается с большой скоростью. Параллельная однодисковая задвижка может использоваться при значительном рабочем давлении. Задвижка параллельная двухдисковая обладает большей герметичностью, чем однодисковая.
Особенности конструкции параллельных двухдисковых задвижек
Основные детали параллельной задвижки: корпус, крышка, диск (диски), шпиндель, резьбовая втулка, распорное устройство для дисков, сальник.
По принципу действия, т. е. по тому, каким образом осуществляется прижатие дисков к уплотнительной поверхности, можно выделить несколько типов параллельных задвижек ─ самоуплотняющиеся, распорные, задвижки с механическим управлением дисками (рычажным или винтовым прижимом).
В самоуплотняющихся параллельных задвижках уплотнение происходит за счет давления среды на диск.
Это техническое решение, применяемое и сегодня, было предложено в 1886 году Джозефом Хопкинсом.
При использовании самоуплотняющихся параллельных задвижек следует учитывать, что, если давление рабочей среды опустится ниже определенной величины, трудно будет добиться необходимого уровня герметичности. Кроме того, при таком способе обеспечения герметичности наблюдается повышенный износ уплотнительных поверхностей.
Эффективное конструктивное решение, направленное на увеличение герметичности параллельных двухдисковых задвижек, ─ использование распорного клина (одного или нескольких).
Распорные клинья считаются более эффективным конструктивным решением, чем специальные распорные пружины. Именно параллельные задвижки с распорными клиньями получили наиболее широкое распространение.
Но поскольку их не самая сильная сторона ─ достаточно быстрое изнашивание уплотняющих поверхностей, такие задвижки лучше устанавливать в трубопроводных системах, в которых отсутствует необходимость частого их открывания и закрывания.
Механический прижим можно осуществлять с помощью винтового или рычажного механизма.
Такой вариант заметно снижает износ уплотнительных поверхностей, поскольку процесс их прилегания друг к другу не предполагает взаимного трения. Например, при транспортировке перегретого пара необходимую герметичность параллельной задвижки наилучшим образом удается обеспечить именно таким способом.
Задвижки бывают полнопроходными (размер прохода равен или почти равен сечению патрубков) и неполнопроходными (с суженым проходом).
Как и другие задвижки, параллельные могут изготавливаться с выдвижным и невыдвижным шпинделем.
Задвижка параллельная с выдвижным шпинделем имеет несколько увеличенные по сравнению с задвижкой с невыдвижным шпинделем габариты и массу, зато ее удобнее обслуживать, а резьба шпинделя и ходовой гайки не подвержены воздействию рабочей среды. Задвижка параллельная с невыдвижным шпинделем имеет свои преимущества ─ меньшие массу и габариты.
Чугунные параллельные задвижки могут монтироваться к трубопроводам только с помощью фланцевого присоединения.
Задвижки чугунные параллельные фланцевые легко и быстро устанавливаются, при этом соединение получается герметичным и надежным при условии его периодической ревизии и подтягивания резьбовых соединений. У параллельных задвижек, корпус которых выполнен из стали или сплавов цветных металлов, выбор вариантов присоединения шире. Помимо фланцевого ─ это еще присоединения под приварку и муфтовое. И все же, стальная задвижка параллельная фланцевая─ наиболее широко встречающийся вариант.
Параллельные задвижки с номинальным диаметром DN50, 80, 100, 125 мм, как правило, управляются ручным приводом. Параллельные задвижки с DN от 150 мм и выше выполняются как с ручным, так и с электрическим приводом.
Материалы для изготовления параллельных задвижек
Основанием для разделения на разные модификации является не только устройство параллельной задвижки, в частности, конструкция запорного элемента, большое значение имеет материал, из которого сделан корпус задвижки.
Можно говорить о двух основных сегментах: задвижки чугунные и стальные.
Реже используются сплавы, содержащие титан и цветные металлы. Наиболее распространенный и востребованный вариант ─ отливаемая из чугуна задвижка параллельная чугунная, достаточно прочная и функциональная. Из чугуна выполняют не только корпус, но и крышку, диск, сальник.
Стальные задвижки лучше противостоят воздействию агрессивных сред и высоких температур.
Впрочем, и низких тоже. Температурный диапазон, в котором работают стальные задвижки, составляет от минус 60 до более чем 500 градусов Цельсия со знаком плюс. У чугунных задвижек цифры более скромные; они функционируют при температурах рабочей среды от минус 15 до плюс 300 OC. Самые «нежные» задвижки из цветных металлов ─ они могут работать при температуре рабочей среды, не превышающей 200 OC.
Большое значение имеет уплотнение, конструкция и свойства которого определяют герметичность задвижки.
Для более эффективного уплотнения используют латунные (бронзовые) кольца, которые завальцовывают посредством запрессовки или горячей посадки в корпус задвижки и диски. Наличие таких колец существенно повышает температурный диапазон применения задвижек.
Если без них допустимая максимальная температура рабочей среды обычно не превышает 100 OC, то та же задвижка, но уже с латунными кольцами, может «работать» с рабочей средой куда более «горячей». Например, задвижка параллельная 30ч6бр, имеющая латунные уплотнительные кольца, может использоваться при температуре рабочей среды выше 200 OC, что позволяет применять ее для горячей воды и пара.
Для «усиления» уплотнения применяют металлические наплавки или мягкие эластичные материалы.
Поверхность седел и дисков покрывают стеллитом ─ литым сплавом на основе кобальта, либо его эквивалентами.
Обладая низким коэффициентом трения, стеллит отличается высокой твердостью и коррозионной стойкостью.
Для тяжелых условий эксплуатации применяют карбид вольфрама ─ сплав вольфрама и углерода. Твердость этого материала приближается к твердости алмаза, еще одно его свойство ─ высокая износостойкость.
Функцию сальниковой набивки может выполнять пропитанный графитовой смазкой асбестовый шнур, используются сальниковые уплотнения из ТРГ (терморасширенного графита). Уплотнение между корпусом и крышкой обычно выполняют из паронита.
Применение параллельных задвижек
Параллельные задвижки устанавливают на трубопроводы диаметром от 50 мм, служащие для перемещения различных сред, в т. ч. содержащих небольшое количество механических примесей, ─нефти, нефтепродуктов, масел, воды, пара, природного и топливного газа, продуктов пищевой промышленности, стоков.
При улучшенном уплотнении параллельных задвижек их можно применять для бензольных углеводородов, фенолятов, растворов щелочей, каменноугольного масла, смол и т. д. В трубопроводных системах, перемещающих воду и пар, задвижка параллельная двухдисковая с выдвижным шпинделем, выполняя функции запорной арматуры, одновременно может быть использована для регулирования количества подаваемой воды.
Из истории параллельных задвижек
Параллельные задвижки, как и клиновые, появились в важнейший для становления трубопроводной арматуры период ─ в XIX столетии.
Параллельные двухдисковые задвижки, и сегодня остающиеся чрезвычайно популярными, промышленность выпускает уже почти полтора столетия.
Второе название параллельных двухдисковых задвижек с распорным клином ─ задвижки Лудло.
Они получили свое название, как это часто бывает в технике, от имени производившей их компании Ludlow Valve Manufacturing Company, которая была основана еще в 1861 году в США инженером Генри Лудло (HenryLudlow).
В России задвижки Лудло (параллельные двухдисковые задвижки с распорным клином) с конца XIX столетия производил чугуномеднолитейный завод в Санкт-Петербурге, которым с 1887 года владел прусский поданный Рихард Людвиг Лагензипен. В каталоге акционерного общества «Лангензипен и КO» они носили название «клапаны Лудло». Более ста лет назад, в 1912 году, выпуск параллельных задвижек наладил расположенный в Ставропольском крае Георгиевский чугунолитейный завод. Параллельные задвижки отличаются надежностью и длительным сроком службы. Известны случаи, когда он приближался к ста годам.
Особенности задвижек различных модификаций
Выполнение одних и тех же задач может осуществляться разнообразными типами арматуры, характеризующимися разными принципами конструкции затвора. Так, по принципу затвора выделяют следующие основные типы трубопроводной арматуры: клапаны, задвижки, краны, заслонки, шланговые клапаны, мембранные клапаны, регуляторы уровня, расхода и давления.
Клиновая задвижка предназначена только для запирания потока рабочего вещества, с ее помощью невозможно регулировать напор.
Задвижки являются неотъемлемой составляющей водопроводной системы. Существуют разные типы задвижек, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и слабые стороны.
Функциональное назначение
В зависимости от типа изделия, оно может использоваться для выполнения различных функций:
в качестве регулятора потока рабочей среды;
в качестве трубопроводной запорной арматуры;
в качестве трубопроводной запорно-регулирующей арматуры.
Главным предназначением задвижек является их использование в качестве запорной арматуры — устройств, необходимых для перекрытия потока рабочей среды с определенной степенью герметичности.
Подобное их использование позволяет производить дискретное (двухпозиционное) регулирование расхода рабочей среды.
В отдельных случаях допускается кратковременное применение задвижек для выполнения функций запорно-регулирующей арматуры.
Конструкционные особенности задвижек
Особенности задвижек различных модификаций
Задвижка каждого типа отличается от изделий других типов по ряду критериев. В зависимости от конструкции затвора конструкции подразделяются на параллельные и клиновые.
Отличие клиновых модификаций в том, что у них уплотнительные кольца располагаются под некоторым углом, образуя клин, а у параллельных же задвижек такие кольца располагаются параллельно по отношению друг к другу.
Клиновые модели изготавливаются с цельным (упругим или жестким) клином либо двухдисковым составным клином, образованным 2 расположенными под некоторым углом друг к другу дисками.
Параллельная задвижка может иметь затвор в виде 1 листа или диска, или же в виде 2 дисков с расположенной между ними распорной пружиной или распорным клином.
Параллельные задвижки отличаются из чугуна. Они используются как регулирующая и запорная арматура для пара, газов и воды.
Соединение арматуры с трубопроводом выполняется при помощи фланцев и болтов. Параллельные задвижки с выдвижным шпинделем являются запорной арматурой и одновременно могут использоваться в качестве затвора для регулирования объема подаваемой воды. Они устанавливаются на трубопроводах, диаметр которых составляет не менее 50 мм.
Запорная арматура может быть с невыдвижным (вращаемым) или выдвижным шпинделем.
В первом случае при открытии и закрытии арматуры шпиндель совершает лишь вращательное движение.
Ходовая резьба при этом контактирует с рабочей средой. Во втором же случае при открытии и закрытии арматуры шпиндель совершает поступательное движение. Ходовая резьба и гайка расположены вне полости задвижки.
Управление запорной арматурой осуществляется при помощи электрического или ручного привода.
На арматуре больших диаметров с ручным управлением применяется редуктор с цилиндрической, конической или червячной передачами для уменьшения требуемого усилия на маховиках ручного привода.
Как правило, такая запорная арматура изготавливается полнопроходной, то есть диаметр прохода задвижек почти одинаков с диаметром трубопровода. В отдельных случаях для уменьшения габаритов и массы, снижения моментов и усилий, требуемых для управления запорной арматурой, применяются «раструбные» (суженные) задвижки.
Задвижки бывают различных типов. Так, по типу затвора различают следующую запорную арматуру:
с клиновым запорным элементом (клиновые);
с параллельным запорным элементом (шиберные);
с упругой деформацией канала задвижки под рабочую среду (шланговые).
В свою очередь, клиновые модификации могут быть с составным клином, с упругим клином и с цельным клином.
Шиберные задвижки — это разновидность запорной арматуры, у которой уплотнительные поверхности элементов затвора расположены параллельно друг к другу.
Такая арматура тоже имеет ряд модификаций.
Так, однодисковые шиберные модели оснащены 1 диском, который прижимается уплотнительной поверхностью к поверхности седла корпуса. В центре диска расположен шарнир, при помощи которого осуществляется передача усилия от штока на диск. Поджатие может осуществляться при помощи клиновых распоров, установленных в корпусе.
Двухдисковые же шиберные изделия могут быть как с клиновым, так и с пружинным распорами.
По способу перемещения шибера запорная арматура может быть поворотного типа и возвратно-поступательного типа. В шиберной арматуре уплотнение по шиберу осуществляется при помощи подпружиненных подвижных седел. Существуют модификации поворотного типа, которые оснащаются 2 неподвижными дисками с отверстиями, между которыми размещен подвижный диск. Во время поворота данного диска осуществляется перекрытие рабочей среды.
Использование упругих элементов гарантирует обеспечение необходимого прилегания контактирующих поверхностей дисков.
В зависимости от типа формообразования корпуса изделия могут быть:
литыми;
сварными;
коваными или штампованными;
комбинированными.
При выборе метода изготовления корпуса изделия учитываются следующие факторы:
программа выпуска и технологические возможности производства изделий;
стойкость корпуса запорной арматуры к рабочей среде;
ограничения в зависимости от условий использования изделия (температура, давление, коррозионная стойкость и пр.);
качественные характеристики материала, используемого для изготовления корпуса.
При изготовлении запорных конструкций из металла главным типом формообразования корпуса изделий является литье. Но при высоких требованиях к прочности более предпочтительными являются штамповка, ковка или же комбинированный метод изготовления корпуса.
Существуют и другие классификации запорных изделий. Так, по типу уплотнения подвижных деталей они делятся на:
самоуплотняющиеся;
сильфонные;
сальниковые.
Сальниковые задвижки — герметичность подвижных частей (штока, шпинделя) по отношению к внешней среде обеспечивается при помощи сальникового уплотнения. В сильфонных модификациях герметичность подвижных частей обеспечивается при помощи сильфона — упругой гофрированной оболочки, сохраняющей прочность и плотность при многоцикловых деформациях.
По характеру передачи усилия управления к затвору задвижки бывают:
с приводом поступательного типа;
с приводом вращательного типа.
По типу управления:
от рабочей среды;
от гидропривода;
от пневмопривода;
от электропривода;
ручное через редуктор;
ручное от маховика.
Особенности конструкции затвора
Чтобы понять, в чем заключаются отличия затвора от задвижки, необходимо разобраться в его предназначении и особенностях конструкции.
Особенности задвижек различных модификаций
Схема клиновой задвижки:
1 — шпиндель;
2 — корпус;
3 — распорный гриб;
4 — седло;
5 — уплотняющий диск (тарелка).
Основное предназначение затвора — закрывание, открывание или ручная регулировка потоков технической, морской или питьевой воды, пара, воздуха и прочих неагрессивных жидкостей.
Существует несколько типов затворов. Так, поворотный дисковый затвор представляет собой разновидность трубопроводной арматуры в виде кольцевого корпуса с установленным в нем поворотным запорным диском.
Данный диск вращается внутри резиновой манжеты, обеспечивающей герметичность. Необходимо учитывать тот факт, что конструкция затвора является неполнопроходной.
Корпус затвора изготавливается из чугуна и имеет как внутреннее, так и наружное эпоксидное покрытие. Рабочая среда не контактирует с корпусом затвора. Седловое уплотнение изготавливается из материала, который обеспечивает работу изделия при заданном температурном режиме среды.
Манжета обеспечивает герметичность соединения при стягивании конструкции между фланцами водопровода.
Для установки затвора нет необходимости в использовании дополнительных прокладок, как в случае с остальными конструкциями межфланцевого присоединения.
Диск изготавливается из чугуна или нержавеющей стали.
Корпус изделия зажимается между трубопроводными присоединительными фланцами. Поворотному диску придается движение при помощи ручки с фиксатором.
Фиксатор дает возможность установки поворотного диска в промежуточных положениях (от полного закрывания до полного открывания) с шагом, равным 10 градусам.