Особенности конструкции и принцип действия затворов и задвижек. Затвор или задвижка: что выбрать

Дисковый затвор выгодно отличается от задвижки по таким показателям как малое время открытия и закрытия и возможность плавного регулирования расходы среды. Правда, точность регулирования у затворов все же невысока. Открытие-закрытие затвора производится простым поворотом диска на 90 о. Для использования в качестве регулирующей арматуры предусмотрено несколько фиксированных положений. Затвор должен выбираться под определенный расход рабочей среды, который должен укладываться в поворот диска приблизительно от 15 о до 75 о. В этом диапазоне поворота диска затвор обладает пропорциональной характеристикой расхода, а поток рабочей среды не наносит вреда затвору.

Регулирование расхода рабочей среды в узкой щели приводит к интенсивной кавитации, которая разрушает седловое уплотнение и покрытие диска. Использование эластичных уплотнений в дисковых затворах надежно исключает протечки во время эксплуатации затвора , обеспечивая герметичность класса А в соответствии с ГОСТ 9544-93 (без видимых протечек) и одновременно выполняя функции защитного покрытия для элементов корпуса и диска. Износостойкость используемой резины при соблюдении условий эксплуатации гарантируется в течение 5-10 лет или до 100 тыс. закрытий и открытий. После этого может потребоваться замена уплотнения, что предполагает несложную операцию, не требующую особой квалификации. Использование же уплотнения «металл по металлу» требует очень внимательного отношения к рабочей среде, так как любое попадание в среду твердых фракций выводит его из строя. Потеря герметичности в затворе с резиновыми уплотнениями происходит постепенно, по мере выработки, а не лавинообразно, как у других уплотнений. Применение защитных покрытий на основе эластомерных и полимерных материалов для деталей, непосредственно контактирующих с рабочей средой, обеспечивает стойкость арматуры к воздействию агрессивных сред. Эластомерный или металлорезиновый вкладыш исключает контакт рабочей среды с корпусом затвора , а эластомерное или полимерное покрытие защищает диск.

Поворотные затворы могут устанавливаться в любом положении, однако затворы больших диаметров рекомендуется устанавливать в горизонтальном положении штока, так как при вертикальной установке не исключена вероятность заклинивания, связанная с попаданием твердых частиц в область штока. Простота и удобство монтажа затворов , особенно в стесненных условиях, обусловлена малой монтажной длиной (в 4,5 раза меньше, чем у традиционной задвижки). Помимо компактных размеров дисковый затвор отличается малыми весогабаритными характеристиками. Так вес одного затвора может быть до восьми раз меньше веса задвижки того же условного прохода. Это уменьшает весовую нагрузку на трубопровод и упрощает монтажные работы, потому что не требует мощного грузоподъемного оборудования и специальных монтажных площадок.

Дисковый затвор не имеет резьбовых рабочих пар. Резьбовая пара втулка-шпиндель задвижки подвергается коррозии из-за воздействия внешней среды и выходит из строя, особенно в колодцах теплотрасс, имеющих теплую и влажную окружающую среду, а также при установке задвижек на открытых площадках. Дисковый затвор , в отличии от задвижек не имеет застойных зон в проточной части, а значит, рабочая среда не застаивается в корпусе затвора даже при длительной остановке системы. Скапливающиеся в застойных зонах задвижки различные механические примеси, присутствующие в проводимой среде, рано или поздно приводят к невозможности герметичного перекрытия потока. Затвор удобен для установки на трубопроводах с теплоизоляцией. Наружный диаметр корпуса затвора не превышает наружного диаметра фланца трубопровода, а органы управления затвора расположены выше габаритного размера теплоизоляции. Для дискового затвора возможна любая автоматизация. Он может управляться как ручными средствами (рукояткой или редуктором), так и пневмо- или электроприводом отечественного либо зарубежного производства.

В затворах дисковых применяется наиболее надежное из существующих на данный момент уплотнение — эластичное, исключающее протечки во время эксплуатации затвора, т.е. обеспечивающее герметичность в затворе, так же как и у задвижки, по классу «А».Однако из-за уплотнения металл по металлу задвижка практически не имеет ресурса, т.к. любое попадание в среду твердых фракций выводит ее из строя. Ремонт же задвижек требует больших затpат и дорогостоящего специального оборудования. Ресурс работы затворов (с учетом замены единственного уязвимого узла затвора «вкладыш-диск») в три раза выше ресурса задвижек.
Упомянутый узел может быть заменен в течение 15–60 мин в зависимости от условного прохода затвора и не требует высокой квалификации исполнителя. А износостойкость используемой резины, по оценкам института резины, гарантируется в течение 5–10 лет. Установка дополнительных уплотнений при монтаже не требуется, т.к. как герметизация соединения «затвор–фланец» происходит за счет эластомерного вкладыша.
Применение защитных покрытий на основе эластомерных и полимерных материалов для деталей, непосредственно контактирующих с рабочей средой, обеспечивает стойкость арматуры к воздействию агрессивных сред. Эластомерный или металлорезиновый вкладыш исключает возможность контакта рабочей среды с корпусом затвора, а эластомерное или полимерное покрытие защищает диск.
Затвор дисковый выгодно отличают от задвижки такие показатели, как малое время открытия и закрытия и возможность плавного регулирования расхода среды. Открытие/закрытие затвора производится простым поворотом диска на 90°.
Затвор дисковый отличается малыми весогабаритными характеристиками. Так, вес одного затвора до 8 раз меньше веса задвижки того же условного прохода, что уменьшает весовую нагрузку на трубопровод, и упрощает монтажные работы, т.к. не требуется мощного грузоподъемного оборудования и специальных монтажных площадок.
Затвор дисковый не имеет резьбовых рабочих паp. Резьбовая пара втулка–шпиндель задвижки подвергается коррозии из-за воздействия внешней среды и выходит из строя, особенно в колодцах теплотрасс, имеющих теплую и влажную окружающую среду, а также при установке задвижек на открытых площадках. Говоря о колодцах, следует упомянуть о возможности установки в них дисковых затворов, используя колонки длиной до 2,5 м, набираемые из секций по 0,5 м каждая.
В проточной части затвор дисковый, в отличие от задвижки, не имеет застойных зон. В застойных зонах скапливаются различные механические примеси, присутствующие в проводимой среде, в результате чего наступает момент, когда задвижку невозможно закрыть и, тем более, обеспечить герметичное перекрытие потока.
В отличие от задвижки затвор дисковый удобен для установки на трубопроводах, имеющих теплоизоляцию. Наружный диаметр корпуса затвора не превышает наружного диаметра фланца трубопровода, а органы управления затвора расположены выше габаритного размера теплоизоляции.
Для затвора дискового а возможна любая автоматизация. Он может управляться как ручными средствами - рукояткой или редуктором, так и пневмо- или электроприводом отечественного либо западного производства.

Отличие затворов дисковых от задвижек: в их корпусах не застаивается среда даже при длительной остановке системы. При этом поворотные затворы во много раз меньше по габаритам и весу и могут устанавливаться в любом положении.

За счет высокой химической и износостойкости материалов сфера применения затворов дисковых по рабочим средам достаточно широка: помимо бытовой и промышленной воды, это также морская вода и насыщенный пар, химически активные среды (кислые и щелочные), нефтепродукты, трансформаторное масло, природный газ, пищевые и биологические среды, сыпучие материалы, гидро- и пневмопульпы с крупностью частиц до 2 мм.

Затворы обратные (или клапаны) представляют собой защитную арматуру для трубопроводов. Они пропускают промышленный поток в одну сторону и не допускают его движения назад. Арматура приводится в действие автоматически.

Разница между клапаном и затвором

Обратные клапаны используются для предотвращения обратного потока среды в трубопроводе, который может стать причиной аварии, например, в случаи внезапной остановки насоса и др.

Затвор – это основной узел обратного клапана. Он пропускает среду в одном направлении и перекрывает ее поток в обратном.

По принципу действия и по конструкции обратные клапаны подразделяют на:

подъемные (Изображение № 1)
поворотный обратный затвор (Изображение № 2)

Изображение № 1 — Обратный затвор подъемного типа 1– корпус; 2– золотник; 3– пружина; 4– крышка; 5 – болт

Изображение № 2 — Обратный затвор 1– корпус; 2– захлопка; 3– крышка; 4 – серьга

Затворы применяют:

в качестве подпиточных клапанов гидроприводов, работающих с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости;
в гидроприводах, представляющих собой несколько насосов, с целью исключения взаимовлияния при одномоментной работе;
в системах фильтрации — гарантируют движение потока только в одном заданном направлении;
в гидролиниях, требующих строго направления движения.

Как правило, затворы данного типа устанавливаются на горизонтальных и вертикальных участках. Их установка позволяет предотвратить аварийные ситуации, когда в результате падения давления на определенном участке трубопровода возникает обратный ток среды в смежных участках. Такие ситуации не только нарушают нормальную работу оборудования, но и могут вывести его из строя.

Классификация

По типу запорного элемента различают:

поворотные, когда под действием потока заслон поворачивается на оси, установленной перпендикулярно ему. При возникновении обратного направления движения происходит автоматическое перекрытие заслонки. Подходит для газообразной и жидкой среды различной степени агрессивности.
дисковые (межфланцевые) представляют собой конструкцию небольших размеров. При монтаже происходит фиксация между фланцами путем стяжки крепежным элементами. Запорный элемент в виде диска поворачивается на оси, опускается на седло корпуса, перекрывая сечение затвора. Подходит для рабочей среды типа: вода, пар, нефть и нефтепродукты, токсичные жидкости.

Поворотные затворы в зависимости от диаметра трубопровода подразделяются на:

простые с диаметром до 40 см, удар при захлопывании не влияет на работу арматуры и системы в целом;
безударные рекомендуются для диаметров от 400 мм. Благодаря гидравлическим демпферам и грузам происходит снижение скорости захлопывания. Это предотвращает конструкцию от повреждения. Однако такой тип устанавливается только на горизонтальном трубопроводе.

По принципу работы делятся на:

прямого действия, когда предотвращение обратного потока происходит автоматически;
невозвратно-запорного действия, когда допустимо ручное или механическое закрытие устройства;
невозвратно-управляемого действия, когда возможно принудительное закрытие заслонки.

Разновидности затворов

однодисковый поворотный — монтируется на трубы любого направления. Изготовлен из чугуна. Соединение безфланцевое – происходит затягивание местными фланцами трубы. Среда потока: парообразная, жидкость.
обратный поворотный — монтируется на вертикальные или горизонтальные трубы. Особенность конструкции не позволяет применять его в пульсирующем потоке. Изготовлен из стали. Тип соединения – межфланцевое. Рабочая среда: агрессивная жидкая, масла, сильно загрязненные.
обратный поворотный с захлопкой устанавливается в рабочих средах: канализационные воды или вода с твердыми частицами мусора. Изготовлен из стали. Тип присоединения – фланцевый.
обратный поворотный с концами под приварку изготавливается из углеродистой стали. Работает в: парообразном, жидком, и химически нейтральном к деталям веществе.
обратный поворотный фланцевый монтируется на трубах любого направления. Изготовлен из серого чугуна. Тип соединения — фланцевый. Рабочая среда: вода, пар, нефть и нефтепродукты, масло.

Одними из самых распространенных типов трубопроводной арматуры считаются дисковые затворы и клиновые задвижки. Перед потребителем зачастую встает сложный вопрос, на каком именно оборудовании остановиться, что выбрать для крепления оборудования: затвор или задвижку. Чтобы разобраться в проблеме, следует определить основные различия названных изделий, характеристики их строения и эксплуатации.

Особенности поворотных затворов

Затворы применяются на трубопроводах в качестве запорных устройств, но предназначены они не только для перекрытия движения рабочей среды. Дисковые поворотные затворы используются и для регулирования: с их помощью можно изменять расход вещества в соответствии с необходимостью.

Наиболее часто данный тип запорной арматуры задействуется при больших диаметрах труб, в средах с малым давлением, а также при пониженных требованиях к герметичности. Определим следующие основные преимущества дисковых затворов:

компактные размеры;
простота конструкции;
удобство монтажа и ремонта.

Однако говоря о плюсах данного типа оборудования, будет правильно обратить внимание и на некоторые недостатки, присущие дисковым поворотным фланцевым затворам:

низкая герметичность;
зачастую требуется установка редуктора;
прочистка проходит с использованием механических приспособлений.

В моменты выбора именно эти свойства затворов становятся тем переломным пунктом, что заставляют покупателя отказаться от данного устройства.

Характеристики клиновых задвижек

Запирающим механизмом систем трубопровода также может стать фланцевая задвижка. Материал изготовления зависит от характеристик и особенностей рабочей среды, ее давления и других факторов. Как правило, применяются стальные или чугунные задвижки, в зависимости от состава сплава, они могут работать при давлении до 25 МПа и выдерживать температуру более 500°С.

Такое оборудование нашло широкое применение на энергетических объектах, нефтепроводах, в системах водо- и газоснабжения. В определенных ситуациях может даже не возникнуть выбора запорного устройства: задвижки могут быть единственным вариантом. За счет того, что они могут выдерживать до 8 баллов сейсмоактивности, то активно используются на объектах, на территории которых возможны землетрясения.

Говоря о достоинствах чугунной фланцевой задвижки, необходимо отметить следующие моменты:

высокая герметичность;
длительный срок эксплуатации;
работа при высоких показателях давления и температуры;
небольшое гидравлическое сопротивление, необходимое при большой скорости движения потока рабочей среды.

Однако среди недостатков данного типа оборудования отмечают следующие факторы:

невозможность регулировки потока;
долгое время открытия/закрытия;
достаточная сложность ремонта;
большой вес и размер устройства.

Что выбрать: затвор или задвижку?

Мы рассмотрели основные моменты работы обоих типов запорной арматуры, охватив наиболее заметные качества. Если же вы собираетесь купить затвор или клиновую задвижку, стоит помнить о том, что каждый отдельный случай использования оборудования требует индивидуального рассмотрения. На выбор должны влиять многочисленные факторы, в большей степени связанные с особенностями дальнейшей эксплуатации устройства.

Нельзя оставить без внимания тот факт, что в последнее время в строительной и промышленной сферах наблюдается популяризация дисковых фланцевых затворов. Сложно поспорить с тем, что по некоторым критериям они, несомненно, превосходят клиновые фланцевые задвижки. Как мы отметили ранее, к их преимуществам необходимо отнести скорость открытия, а также возможность плавной регуляции потока рабочей среды.

Сравнивая эти типы оборудования, невозможно не отметить и тот факт, что затворы характеризуются значительно меньшим весом. При одном и том же диаметре вес и габариты устройств будут отличаться в несколько раз. Значительный вес задвижки при этом определенным образом сказывается на трубопроводе, создавая дополнительную нагрузку. Это также усложняет монтаж и демонтаж устройства, для которого необходимо грузоподъемное оборудование.

Однако несмотря на это, многие предприятия не спешат переходить на использование затворов. Основная причина – долговечность задвижки. Как правило, уплотнение задвижки более прочно, не изнашивается под воздействием температуры, не рассыхается от времени и воздействия рабочей среды.

Задвижки пока не могут быть вытеснены затворами с рынка запорной арматуры и по той причине, что гарантируют максимальную герметичность. Кроме того, дисковые затворы при некоторых типах рабочей среды вообще не могут быть использованы, поскольку они способны ухудшить гидравлические характеристики.

Задвижки имеют следующие преимущества:

1. незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом проходе;

2. отсутствие поворотов потока рабочей среды;

3. возможность использования для перекрытия потоков среды большой вязкости;

4. относительно небольшая строительная длина;

5. возможность подачи среды в любом направлении.

К недостаткам задвижек следует отнести:

1. невозможность применения для сред с кристаллизирующимися включениями;

2. сравнительно небольшой допускаемый перепад давления на затворе;

3. невысокая скорость срабатывания;

4. возможность получения гидравлического удара в конце хода;

5. трудности ремонта изношенных уплотнительных поверхностей при эксплуатации.

Достоинства и недостатки дисковых затворов

Дисковый затвор выгодно отличается от задвижки по таким показателям как малое время открытия и закрытия, возможность плавного регулирования расхода среды. Правда, точность регулирования у затворов все же невысока. Открытие/закрытие затвора производится простым поворотом диска на 90°.

Для использования в качестве регулирующей арматуры предусмотрено несколько фиксированных промежуточных положений. Затвор должен выбираться под определенный расход рабочей среды, который должен укладываться в поворот диска приблизительно от 15° до 75°. В этом диапазоне поворота диска затвор обладает пропорциональной характеристикой расхода, а поток рабочей среды не наносит вреда затвору.

Износостойкость используемой резины при соблюдении условий эксплуатации гарантируется в течение 5–10 лет или до 100 тыс. закрытий и открытий. После этого может потребоваться замена уплотнения, что предполагает несложную операцию, не требующую особой квалификации. Использование же уплотнения «металл по металлу» требует очень внимательного отношения к рабочей среде, т.к. любое попадание в среду твердых фракций выводит его из строя. Потеря герметичности в затворе с резиновыми уплотнениями происходит постепенно, по мере выработки, а не лавинообразно, как у других уплотнений.

Применение защитных покрытий на основе эластомерных и полимерных материалов для деталей, непосредственно контактирующих с рабочей средой, обеспечивает стойкость арматуры к воздействию агрессивных сред. Эластомерный или метало-резиновый вкладыш исключает контакт рабочей среды с корпусом затвора, а эластомерное или полимерное покрытие защищает диск.

Поворотные затворы могут устанавливаться в любом положении, однако затворы больших диаметров рекомендуется устанавливать в горизонтальном положении штока, т.к. при вертикальной установке не исключена вероятность заклинивания, связанная с попаданием твердых частиц в область штока. Простота и удобство монтажа затворов, особенно в стесненных условиях, обусловлены малой монтажной длиной (в 4,5 раза меньше, чем у традиционной задвижки).

Помимо компактных размеров, дисковый затвор отличается малыми весогабаритными характеристиками. Так, вес одного затвора может быть до восьми раз меньше веса задвижки того же условного прохода. Это уменьшает весовую нагрузку на трубопровод и упрощает монтажные работы, т.к. не требуется мощного грузоподъемного оборудования и специальных монтажных площадок.

Дисковый затвор не имеет резьбовых рабочих паp. Резьбовая пара втулка-шпиндель задвижки подвергается коррозии из-за воздействия внешней среды и выходит из строя, особенно в колодцах теплотрасс, имеющих теплую и влажную окружающую среду, а также при установке задвижек на открытых площадках. Дисковый затвор, в отличие от задвижки, не имеет застойных зон в проточной части, а, значит, рабочая среда не застаивается в корпусе затвора даже при длительной остановке системы.

Скапливающиеся в застойных зонах задвижки различные механические примеси, присутствующие в проводимой среде, рано или поздно приводят к невозможности герметичного перекрытия потока. Затвор удобен для установки на трубопроводах с теплоизоляцией. Наружный диаметр корпуса затвора не превышает наружного диаметра фланца трубопровода, а органы управления затвора расположены выше габаритного размера теплоизоляции.

Для дискового затвора возможна любая автоматизация. Он может управляться как ручными средствами - рукояткой или редуктором, так и пневмо или электроприводом отечественного либо зарубежного производства.

Итог преимуществ и недостатков затворов:

Преимущества затворов:

Низкое гидравлическое сопротивление;
- малое время открытия и закрытия затвора;
- отсутствуют зоны, в которых могут скапливаться частицы и грязь;
- сравнительно небольшие габаритные размеры и масса.

Недостатки затворов:

Пониженная герметичность запорного органа;
- большие крутящие моменты на валу из-за больших неразгруженных усилий, действующих на диск;
- трудность получения расчетных пропускных характеристик при работе затвора в качестве регулирующей заслонки.