Понимание конструкции стальной клиновой задвижки: основные элементы и принципы работы

Понимание конструкции стальной клиновой задвижки: основные элементы и принципы работы

В зависимости от используемого в затворе клина выделяют несколько конструктивных исполнений клиновых задвижек:

• задвижка с жестким клином;
• двухдисковая задвижка;
• задвижка с упругим клином.

Задвижкой с упругим клином называют не только задвижку, запирающий элемент которой состоит из дисков, соединенных между собой упругим элементом. Клиновая задвижка, в подвижном элементе затвора которой связь между дисками жесткая, однако существует возможность их деформации с целью улучшить уплотнение в затворе, тоже носит название «задвижка с упругим клином».

Каждое из конструктивных исполнений клиновых задвижек обладает своими особенностями.

Имеющим широкое распространение задвижкам с жестким клином присуща высокая функциональность и хорошая герметичность в трубопроводных системах, перемещающих широкий спектр рабочих сред. Например, низкотемпературные газы или даже загрязненные среды, с которыми они справляются лучше параллельных задвижек. Впрочем, для того, чтобы эту герметичность обеспечить, требуется тщательная, с использованием трудоемких и технологически сложных операций, подгонка клина и седел. Для того чтобы дополнительно повысить герметичность, используются вторичные эластичные уплотнители. Достоинство цельного клина ─ устойчивость в переходных режимах, тогда как двухдисковый клин при открытии-закрытии задвижки может испытывать вибрации.

При применении жесткого клина отмечается ускоренный износ уплотнительных поверхностей, особенно при частой смене положений «открыто» и «закрыто». Кроме того, нельзя исключать опасность заедания клина в закрытом положении, особенно, если тот находится в нем достаточно долго. Также причинами заедания клина могут быть коррозия, износ, тепловое расширение при воздействии высоких температур. Случается, что в попытках «сдернуть» с места «застывший» клин, сгорает электромотор электропривода.

В клиновых двухдисковых задвижках, благодаря способности дисков к самоустановке, нет необходимости в столь тщательной как в предыдущем случае подгонке уплотняющих поверхностей друг к другу, а, значит, допустима меньшая точность изготовления. В таких задвижках легче восстановить плотность затвора при изнашивании уплотнительных поверхностей дисков. У них очень хорошие показатели герметичности, меньше износ и величина усилия, необходимого для закрытия задвижки, ниже вероятность заклинивания.

Но «расплатой» за эти преимущества являются бо́льшие размеры, масса и металлоемкость двухдисковых задвижек по сравнению с задвижками, в которых использован жесткий клин. Снизить металлоемкость позволяет использование упругого клина, логическим продолжением которого двухдисковый клин собственно и является.

Упругий клин, требующий небольших управляющих усилий, позволяет сделать задвижку герметичной с обеих сторон при широком диапазоне значений температуры и давления рабочей среды. Особенно ощутимы преимущества упругого клина при высокой температуре и давлении. Клиновые задвижки с упругим клином успешно функционируют на трубопроводах, транспортирующих нефть и природный газ с высокой температурой и давлением. Но с рабочими средами, имеющими в своем составе механические примеси, клиновые задвижки с упругим клином справляются хуже.

Резюмируя, можно отметить: задвижки с жестким цельным клином менее металлоемкие, зато более трудоемкие в изготовлении, чем двухдисковые. Двухдисковые больше по размерам и тяжелее, но делать их проще. Задвижки с разрезным упругим клином ─ своего рода компромисс между этими двумя парами крайностей.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое стальная клиновая задвижка

В клиновой задвижке плоскости запорного элемента и уплотнительные седла расположены под углом друг к другу. Клин может быть жестким или состоять из двух дисков, соединенных между собой.

Задвижка с жестким клином отличается более простой конструкцией, однако не лишена некоторых недостатков. Для герметичного перекрытия рабочей среды угол клина и уплотнительных седел должны точно совпадать. Для движения шпинделя требуются значительные усилия, а перепад температур может вызвать деформацию запорного элемента и заклинивание задвижки.

Дисковая задвижка не требует такой точности совпадения углов клина и седел, поскольку затвор обладает некоторой возможностью самовыравнивания или самоустановки. Движение шпинделя в дисковой задвижке легче, чем в устройстве с жестким клином, но такая конструкция отличается большими размерами.

Задвижка с упругим клином обладает еще большей способностью к самовыравниванию, поскольку в ней диски затвора соединены между собой упругим элементом. Устройство такой задвижки позволяет герметично перекрывать рабочую среду даже если угол посадочных седел не точно совпадает с углом клина. Такая запорная арматура обладает большей надежностью чем устройство с жестким клином и меньшими размерами, чем обычная дисковая задвижка.

Параллельная задвижка представляет собой вариант клиновой задвижки, у которой диски клина и уплотнительные седла расположены параллельно. Такая конструкция задвижки значительно снижает вероятность заклинивания в закрытом положении. Подобные запорные устройства часто применяются в трубопроводах, подверженных перепадам температур.

Тип клина выбирается производителем задвижки исходя из ее эксплуатационных характеристик. Так, задвижка 30ч6бр, Ду 50, как правило, имеет дисковый параллельный клин.

Какие основные элементы составляют конструкцию стальной клиновой задвижки

Задви́жка  —, в которой запирающий или регулирующий элемент перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды. Задвижки — очень распространённый тип. Они широко применяются практически на любых технологических и транспортныхот 15 до 2000в системах,и,, объектахи многих других при рабочихдо 25 МПа идо 565 °C .

Широкое распространение задвижек объясняется рядом достоинств этих устройств, среди которых:

Последнее качество делает задвижки особенно ценными для использования в магистральных трубопроводах, для которых характерно постоянное высокоскоростное движение среды.

К недостаткам задвижек можно отнести:

За редким исключением задвижки не предназначены длясреды, они используются преимущественно в качестве запорной арматуры — запирающий элемент в процессе эксплуатации находится в крайних положениях «открыто» или «закрыто».

Задвижки обычно изготовляются полнопроходными, то есть диаметр проходного отверстия арматуры примерно соответствует диаметру трубопровода, на который она устанавливается. Однако в некоторых случаях для уменьшения, необходимых для управления арматурой, и сниженияуплотнительных поверхностей, применяются суженные задвижки. Некоторое увеличение гидросопротивления при этом практически не влияет на работу системы, нежелательна установка таких задвижек лишь на магистральных трубопроводах больших диаметров.

Наиболее распространено управление задвижкой с помощью маховика (вручную, также иногда маховик называют штурвалом), также задвижки могут оснащаться(для запорной арматуры электроприводы устроены проще, чем для регулирующей, проще устроена и сигнализация положения запорного элемента, рассчитанная только на положения "открыто" и "закрыто" и не сигнализирующая о промежуточных положениях),и, в редких случаях,. На задвижках большого диаметра с ручным управлением, как правило, устанавливаютдля уменьшения усилий открытия-закрытия.

По характеру движенияразличаются задвижки с выдвижным или невыдвижным (вращаемым) шпинделем. В первом случае при открытии и закрытии задвижки шпиндель совершаетили вращательно-поступательное движение, во втором — только.

Как работает механизм действия стальной клиновой задвижки

На рисунке ниже изображена стальная клиновая задвижка .

Рисунок 1. Составные части

Задвижка состоит из 3 основных узлов:

• приводной механизм с подвижной парой «гайка-шпиндель»;
• крышка с сальниковым узлом;
• корпус с затвором и присоединительными патрубками.

На левой части рисунка приводится подробное описание всех элементов стальной задвижки с ручным приводом . Кроме такого варианта исполнения, заводы-изготовители выпускают приборы, укомплектованные электро-, гидро-, или пневмоприводом. При этом внутреннее строение изделий с разными приводами ничем не отличается от ручного исполнения.

Кроме стали, в производстве трубопроводной арматуры используются чугунные, нержавеющие и алюминиевые сплавы. Чугун обычно применяют в системах жилищно-коммунального хозяйства для обслуживания сетей водоснабжения, водоотведения и отопления.

Нержавеющие и алюминиевые сплавы применяются для особо холодных районов эксплуатации, а также для химического производства для магистралей, транспортирующих едкие и агрессивные среды.

Сталь является универсальным металлом для изготовления корпусных деталей. Задвижки, выполненные из такого материала, используются как на сетях ЖКХ, предприятиях нефте- и газовой промышленности, так и для обслуживания химической промышленности.

Принцип действия

Чтобы понять, почему тот или иной элемент задвижки изготавливается из определенного материала, надо разобраться с принципом работы изделия.

Затвор образован двумя элементами – подвижным клином с литыми или присоединенными дисками, а также неподвижными кольцами, установленными в седла корпуса.

Задвижка предназначается для работы в двух режимах:

1. На пропуск рабочей среды. Затвор находится в верхнем положении «открыто».
2. На блокировку подачи среды. Затвор, соответственно, переведен в нижнее положение «закрыто».

Чтобы привести затвор в движение, работник должен повернуть штурвал, расположенный над бугельным узлом, по или против часовой стрелки. Направление перемещения указывается на корпусе.

В центре штурвала есть отверстие, в которое вставляется гайка привода, вращательное движение которой передается шпинделю. Благодаря резьбовому соединению гайки и шпинделя, последний совершает вращательно-поступательное движение.

Клин задвижки соединен со штоком при помощи т-образного соединения. За счет движения шпинделя, происходит перемещение затвора, открывая или закрывая проходное сечение корпуса.

Шпиндель и шток составляют единый элемент. По сути, один является продолжением другого. Их отличие заключается в том, что у шпинделя, по всей длине присутствует резьба. Поверхность штока напротив, является гладкой. Такая конструкция обусловлена наличием сальникового узла.

Штурвал и гайка

Приводная пара «гайка-шпиндель» в ручной задвижке приводится в движение с помощью штурвала. Для этого в маховике есть специальное установочное гнездо, в которое вставляется гайка.

Рисунок 2. Соединение штурвала

Так как гайка является неподвижным элементом, она жестко крепится к штурвалу. Разные модели задвижек могут иметь отличные варианты исполнения отверстий маховика, а соответственно, и гаек.

Что такое бугель задвижки?

Бугельный узел, или бугель, проектируется на задвижках с выдвижным шпинделем. Устройство нужно для того, чтобы клин затвора мог выполнить требуемый ход в положение «открыто».

Приводная гайка поднята над крышкой на высоту, равную или большую расстоянию хода затвора. Эта конструкция называется бугельным узлом. То есть, чтобы клин полностью вышел из проходного отверстия корпуса задвижки, а рабочая среда могла беспрепятственно циркулировать по трубе, наличие бугеля обязательно.

Сальниковый узел

Сальник выполняет функцию герметизации системы относительно окружающей среды.

Рисунок 3. Сальник

В качестве основного элемента, выполняющего функцию по герметизации, выступает сальниковая набивка. Она наматывается на шток, прижимается грундбуксой и затягивается откидными болтами. Устройство сальниковой камеры позволяет помещать набивку в специальный отсек. Благодаря такому исполнению достигается 100% герметичность корпуса задвижки относительно окружающей среды.

Шток имеет гладкую поверхность, благодаря чему в камере сальника набивка плотно прилегает к его поверхности.

Устройство фланца

Фланцевое соединение корпуса чугунных и выполняется по типу «шип-паз», согласно ГОСТ 33259-2015г.

Какие материалы используются для изготовления стальной клиновой задвижки

И хотя запорная арматура выполняет всего одну функцию, на рынке представлено множество разных моделей. Какие-то приборы дешевле, другие дороже. Потребитель стремится купить надежную арматуру и максимально сэкономить. Но экономия должна быть разумной. А для этого нужно разбираться в характеристиках и технических данных.

Как выбрать задвижку?

Для ответа на этот вопрос, важно знать конструкцию задвижки. Чтобы перекрыть движение вещества в трубе, внутри корпуса образован затвор. Он состоит из двух частей:

• подвижного клина;
• неподвижного седла.

При опускании клина в седло, уплотнители плотно прилегают друг к другу, обеспечивая герметичное перекрытие. От качества изготовления и точности подгонки уплотнителей зависит степень герметичности задвижки и общий срок ее службы.

Всего производят два вида затворов:

• с резиновым уплотнением;
• с уплотнением металл-по-металлу.

Эти затворы используют для разных рабочих сред. Задвижки с резиновым уплотнением обычно изготавливают из чугуна и применяют в системах с водой. Уплотнитель металл-по-металлу применяют как для воды, нефти, газа, так и агрессивных сред (кислота, щелочь, аммиак).

Уплотнитель резина

К такому виду относится задвижка чугунная с обрезиненным клином 30ч39р . Ее основное преимущество – износостойкая резина EPDM, которая полностью обволакивает чугунный клин. Такой уплотнитель практически не подвержен разрушению от трения. Задвижки 30ч39р могут работать до 50 лет.

К допустимым рабочим средам относятся:

• холодная и горячая вода;
• канализационные стоки;
• пар;
• вещества, не агрессивные к материалам задвижки.

Максимальная температура рабочей среды ограничена +120⁰С, а давление в системе – до 25 атм. Задвижка 30ч39р является идеальным устройством для систем водоснабжения, водоотведения и отопления.

Уплотнитель металл

Затворы арматуры, в которых применяют такой уплотнитель, могут работать при температуре среды до +525⁰С, максимальном давлении до 40 атм. При этом, диапазон рабочих сред шире, чем у резиновых уплотнений:

• любая вода;
• пар;
• природная нефть и газ;
• минеральные масла;
• гликоли, аммиак, кислота.

К арматуре с металлическим уплотнением относится задвижка 30с64нж. При изготовлении корпусных деталей применяют сталь 25Л или 35Л. Некоторые модели задвижек с уплотнением металл-по-металлу отливают из чугуна (30ч6бр). Такую арматуру можно эксплуатировать в среде до +225⁰С. Но класс герметичности здесь значительно ниже.

Резина или металл?

Для эксплуатации в водной среде подойдет арматура с резиновым уплотнителем. Выгода: отсутствие коррозии затвора плюс низкая цена. А вот для других веществ лучше выбирать задвижки с металлическим уплотнением. Использование стальных изделий для воды нецелесообразно по соображениям цены и долговечности.

Какие преимущества имеет стальная клиновая задвижка по сравнению с другими типами задвижек

На чтение 2 мин.

Клиновая задвижка часто применяется для того, чтобы перекрыть воду, сточные воды, а также нейтральные жидкости. На самом деле клиновые задвижки используются для различных задач. Они подходят для разнообразных трубопроводов, в том числе в жилищно-коммунальной сфере, водоснабжении, газоснабжении и т.д. Самое главное при выборе учитывать, чтобы выбранная арматура смогла подходить по необходимым параметрам.

Критерии выбора

В первую очередь клиновая задвижка имеет запорный или регулирующий орган, при котором уплотнительные поверхности располагаются под углом друг к другу.

Чтобы правильно выбрать клиновую задвижку, модель должна обязательно соответствовать всем эксплуатационным характеристикам. Для этого следует подбирать подходящий вариант по следующим критериям:

• температурный режим;
• соответствует ли давлению;
• какие у задвижки коррозийные свойства;
• подходит ли она по герметичности;
• есть ли способность выдерживать определенную нагрузку.

Также очень важно выбирать клиновую задвижку по ее габаритам и корпусу. Кроме того, при выборе следует учитывать, что у задвижки бывают разные способы управления. Существует как ручное управление, так и при помощи электро и гидро пневмопривода.

Основные преимущества клиновых задвижек

Несмотря на то, что существует весьма большой выбор различных видов задвижек, данный тип арматуры пользуется особой популярностью, так как имеет множество преимуществ. В первую очередь следует отметить простоту конструкции. У клиновой задвижки меньшая вероятность возникновения поломки. Такая конструкция имеет широкую возможность применения. Таким образом, клиновые задвижки являются самым универсальным вариантом, который можно использовать в различных случаях. Ведь они прекрасно выдерживают не только разное давление, но также любые температурные режимы.

Клиновую задвижку можно подобрать для любой трубы. Такие арматуры обладают возможностью пропускать поток в любом направлении. При этом у них невысокое гидравлическое сопротивление в отличие от других видов задвижек.

Также при выборе важно определиться с подходящим вариантом, так как существует множество разновидностей моделей клиновых задвижек. При этом клин самой задвижки может также отличаться. Если необходимо установить арматуру при низкой температуре, лучше отдать предпочтение клиновой стальной задвижке.

Выбирая подходящий вариант, следует обязательно ознакомиться с различными моделями и характеристиками.

Как выбирают подходящую стальную клиновую задвижку для конкретной задачи

Несмотря на то, что процедура монтажа задвижки , как правило, не составляет особых трудностей, однако именно от ее качества зависит срок эксплуатации всего запорного устройства . Для того, чтобы произвести установку задвижки на стальную трубу быстро и без особых трудностей, крайне важно соблюдать всю последовательность и главные правила монтажа. Помимо того, что установка задвижки должна быть качественной и герметичной, необходимо также учитывать возможность доступа к запорному устройству в случае поломки или ремонта.

Перед тем как приступать непосредственно к самой процедуре монтажа, крайне важно провести осмотр самой задвижки, для того чтобы избежать возможных дефектов и неисправностей данного устройства. Помимо всего прочего, необходимо также произвести тщательную очистку и сушку (при помощи ершика, пара или воды), как самой задвижки, так и всего трубопровода.

Далее крайне важно обратить внимание на то, чтобы фланец имел ровную поверхность без каких-либо неровностей, повреждений, царапин и изгибов. Производить установку задвижки необходимо именно на прямолинейный участок трубопровода, так как в ином случае будет присутствовать вероятность протечек и плохой герметизации за счет высокого напряжения, возникающего на неровных участках.

Для того, чтобы увеличить срок эксплуатации запорного устройства, в процессе монтажа задвижки к стальной трубе, необходимо обратить внимание на установку обратного клапана , главными функциями которого является снабжение стабильного водного потока, а также защита устройства от гидравлического удара при избыточном давление.

В том случае, если та или иная задвижка имеет довольно таки большой диаметр или же тяжелые приводы, крайне важно позаботиться о дополнительных опорных устройствах . В ином случае, задвижки больших диаметров могут оказаться свое влияние на преждевременные поломки винтов и прокладок.

В процессе установки задвижек строго запрещается производить закрытие и перекручивание запорной арматуры, что может привести к большому количеству трещин и поломок запорного устройства. Также крайне важно следить за тем, чтобы в момент сварки задвижки с трубой, запорная арматура находилась в открытом положении.

Как правильно устанавливать и настраивать стальную клиновую задвижку

• Фланцевая задвижка представляет собой самый распространенный вид запорной арматуры, широко использующийся в системах трубопроводов диаметром до двух тысяч миллиметров. Она находят применение как в промышленности, так и в жилищно-коммунальных трубопроводах, обеспечивающих жителей теплом, водой, газом и отводом канализационных вод. При этом они способны гарантировать качественное передвижение нефтепродуктов, пара, жидкости или других сред с давлением до 25 МПа и верхним пределом температуры 565 градусов по Цельсию. Фланцевая клиновая задвижка имеет репутацию надежного и эффективного средства регулировки и контроля.
• Шиберная задвижка не предназначается для регулировки потока транспортируемой среды. Она может находиться только в двух положениях — открыто или закрыто — и устанавливается на горизонтальных трубопроводах. Задвижки бывают с выдвижными или не выдвижными шпинделями. Кроме того, специалисты различают их по способу крепления, используя фланцевые или безфланцевые соединения. Конструктивные особенности состоят в наличии специального диска управления, гарантирующего быстрое поднятие или опускание рабочего штока. Перекрытие потока движения среде обеспечивают специальные сальники и уплотнители.
• Задвижки параллельные имеют похожую с клиновыми конструкцию. Основное отличие состоит в наличии параллельных дисков, гарантирующих надежное закрытие доступа перекачиваемого по трубопроводу материала. Достаточно простая конструкция дает возможность обеспечить трубопровод качественной арматурой по минимальной цене, при этом гарантировать долговечность и эффективность работы системы в целом. Поскольку она имеет минимальное гидравлическое сопротивление, то является главным элементом регулировки магистральных трубопроводов для работы ЖКХ.
• Задвижка шланговая обеспечивает работу транспортирующих различные среды трубопроводов. Она дает возможность быстро и максимально эффективно перекрыть движение жидкости, пара или топлива и присоединяется к трубам при помощи фланцевых соединений. Механизм представляет собой металлический корпус с расположенными внутри пережимными устройствами и специальными патрубками, гарантирующими надежность работы трубопровода, подающего топливо, пар или воду. Температура перекачиваемой среды не должна превышать 170 градусов Цельсия, а давление 1,6 МПа.

Как обеспечить долговечность и эффективность работы стальной клиновой задвижки

Ремонт клиновых задвижек имеет одну особенность. При повторных притирках контактирующих поверхностей клина и седла корпуса происходит «проседание» клина из-за уменьшения контактных габаритов клина и увеличения контактных габаритов седла корпуса. Поэтому такой ремонт можно выполнить лишь несколько раз, после чего «просадка» клина не обеспечивает герметичного запирания потока. В этом случае иногда применяют ремонтную технологию наплавки уплотнительных колец на седло корпуса с последующей расточкой и притиркой совместно с клином.

Испытание задвижек на герметичность необходимо производить после любого ремонта.При ремонтах в «полевых условиях», не связанных с полным демонтажом задвижки и выполнению работ в заводских условиях (притирка, «обрезинивание» уплотняющих поверхностей), перед вводом задвижки в эксплуатацию необходимо произвести несколько процедур:

1) Из задвижки необходимо удалить воздух, для чего ослабить болты обжима сальникаи при появления капель рабочей жидкости из-под сальника вновь зажать болты;2) Протестировать устройство на герметичность. Для чего при рабочем давлении в системе закрыть задвижку. При этом течи по уплотнениям (сальник, фланцы) не допускаются. Герметичность запирания задвижки необходимо контролировать по манометру, расположенному ниже по потоку после задвижки. Он должен зафиксировать падение давления в трубе после задвижки.При этом протечки через затвор допустимы и должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9544—2005 «Арматура трубопроводная запорная. Классы и нормы герметичности».

В случае ремонта задвижки в заводских условиях испытание задвижки на герметичность производится по методикам в соответствие с ГОСТ 53402-2009 «Арматура трубопроводная. Методы испытаний», ГОСТ 33257-2015 «Арматура трубопроводная. Методы контроля и испытаний», ГОСТ 9544—2005 «Арматура трубопроводная запорная. Классыи нормы герметичности», эксплуатационной документацией на задвижку и технической документацией на стенд. Пример такого стенда показан на Рис. 3.

Какие причины могут привести к неисправности стальной клиновой задвижки

Несмотря на высокий уровень надежности, клиновые задвижки подвержены ряду типичных неисправностей, каждая из которых требует определенных методов диагностики и ремонта. Основные из них:

• Износ сальникового уплотнения. Длительная эксплуатация или агрессивная рабочая среда могут привести к износу сальникового уплотнения. Это проявляется в виде утечек, что может вызвать не только потери рабочей среды, но и снижение эффективности всей системы.
• Заедание клина. Клин может застревать в закрытом или открытом положении вследствие коррозии, накопления отложений или механических повреждений корпуса задвижки. Такая неисправность значительно затрудняет управление задвижкой и может стать причиной аварийной ситуации на производстве.
• Повреждение корпуса и затвора. Корпус или затвор задвижки могут получить повреждения в результате механического воздействия, коррозийных процессов или из-за производственного дефекта. Такие повреждения часто требуют сложного ремонта или полной замены компонента.
• Нарушение герметичности фланцевых соединений. Фланцевые соединения задвижки могут терять герметичность вследствие неправильной установки, повреждения уплотнительных прокладок или из-за деформации фланцев. Это ведет к утечкам и ухудшению общей эксплуатационной надежности системы.
• Износ ручного или автоматического привода. Приводы задвижек, будь то ручные или автоматизированные, могут выйти из строя из-за износа или неисправности механических компонентов, электрических или пневматических элементов управления.