Задвижки с выдвижным и невыдвижным шпинделем: как выбрать подходящий тип для вашей системы

Задвижки с выдвижным и невыдвижным шпинделем: как выбрать подходящий тип для вашей системы

Для работы с разными веществами, циркулирующими по трубам, задвижки изготавливаются в разных исполнениях. Они различаются по:

• материалу корпуса;
• типу шпинделя;
• материалу уплотнительных поверхностей затвора;
• типу привода;
• способу присоединения к трубе.

По материалу корпусных деталей выпускаются чугунные и стальные задвижки. Чугун предназначен для неагрессивных сред, таких как пресная вода и пар. Максимальное давление в трубе, при котором задвижка работает в нормальных условиях здесь не высокое – до 1,6 МПа (или 16 атмосфер).

Стальные задвижки делятся на изделия из высокоуглеродистой и легированной стали. Высокоуглеродистые сплавы предназначены для работы с водой, паром, нефтепродуктами.

А вот задвижки из легированных сплавов допускается эксплуатировать в трубопроводах, по которым обращаются агрессивные среды (кислоты, щелочи и т.д.). Максимальное давление системы – до 250 МПа.

При определении допустимых рабочих сред, надо руководствоваться ГОСТом 9.908-85г. Согласно этому документу, скорость коррозии корпусных деталей задвижки при эксплуатации не должна быть выше 0,1 мм/год.

По типу шпинделя задвижки бывают с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Данный классификатор также влияет на область применения арматуры. К примеру, задвижки с невыдвижным шпинделем устанавливают только для чистой воды, пара и масел. А вот устройства с выдвижным шпинделем применяются для широкой номенклатуры рабочих сред.

Материал уплотнителей затвора тоже влияет на сферу применения задвижки. Для коммунальных нужд, а также для магистралей, где транспортируется вода и пар, применяются обрезиненные затворы. А вот для нефтепродуктов и других веществ, производители используют стальные затворы с наплавкой из нержавеющей стали.

По типу привода задвижки бывают:

• ручные (штурвал);
• механические (редуктор);
• и электрические (электродвигатель).

Корпуса задвижек комплектуют 2 типами присоединения – фланцевое и сварное (под приварку, с разделкой присоединительных патрубков).

Каждая модификация задвижки имеет свои достоинства и недостатки, а также область применения.

Связанные вопросы и ответы:

Каков основной rozdl между задвижками с выдвижным шпинделем и невыдвижным шпинделем

Начнем с общих черт этой продукции, обусловленных функциональным назначением, применяемыми материалами и технологией изготовления.
Полнопроходные запорные устройства, элементы которых производятся путем литья, применяются на линиях с давлениями 10-16 бар и температурой рабочей среды до +150ºС. Большие значения этих величин требуют применения другого материала – углеродистых либо нержавеющих сталей.
В качестве материала для изготовления подобной продукции могут выступать:

• Серый чугун, представляющий собой сплав железа и углерода с графитовыми включениями. Такой материал отличается исключительными литейными свойствами и позволяет получать сложные по конфигурации изделия;
• Ковкий чугун. Сплавы этой группы характеризуются высокой пластичностью и применяются в больших диапазонах температур и давлений, нежели серые. Кроме того, такой чугун более стоек к химическим взаимодействиям;
• Высокопрочные чугуны. Сплавы, полученные путем добавления в железо шаровидного графита, характеризуются вибростойкостью и повышенным сроком службы.

Применяемые для изготовления арматуры чугуны и специфика технологий несколько ограничивают применение чугунных задвижек. Так, например, они не должны монтироваться на трубопроводах, по которым прокачиваются агрессивные жидкости и газы. Именно поэтому их применение обусловлено системами водоснабжения, вентиляции, кондиционирования и перекачки пара на объектах ЖКХ и других сфер.

В каких отраслях чаще используются задвижки с выдвижным шпинделем

Этот тип трубопроводной арматуры имеет запорный элемент в форме клина, расположенный между двумя наклонными поверхностями. Принцип работы простой — клин перемещается перпендикулярно оси шпинделя, перекрывая поток рабочей среды. Различают несколько типов заслонок по жесткости клина: с жестким, обрезиненным, двусторонним и с упругим клином.

• Изделия с жестким клином обладают простой конструкцией, высокой надежностью и герметичностью. Однако, запорный клиновый узел требует тщательной подгонки клина и уплотнений, в противном случае будет нарушена герметичность. Клин установлен на шпиндель с помощью шарниров. Во время работы он перемещается по направляющим корпуса. Это позволяет применять подобные изделия при повышенных перепадах давления. Основной недостаток — опасность заклинивания системы из-за перепада температуры, быстрый износ уплотнений, усложненный ремонт.
• Двухдисковые клиновые задвижки имеют в своей конструкции два диска, размещенных под углом и соединенных разжимным элементом. Это обеспечивает самовыравнивание узла при примыкании к седлам, устраняет вероятность заклинивания и обеспечивает повышенную герметичность. Такие задвижки отличаются более сложной конструкцией и высокой стоимостью. Однако, их рабочий ресурс существенно выше, износ уплотнений ниже, а для закрытия прохода среды не требуется применять усилий. Двухклиновые задвижки имеют выдвижной шпиндель, оснащаются кольцевыми уплотнениями для более высокой герметизации Ду.
• Задвижки с упругим клином являются разновидностью двухдисковой модели. У них имеется разделенный надвое привод, в который помещен деформируемый пружинящий элемент. Благодаря подобной конструкции уплотнения могут перемещаться под углом друг к другу, что повышает герметичность контакта с седлом. Такая арматура не требует подгонки, не заклинивает в процессе работы при температурных перепадах. Однако, клин быстро изнашивается.

Как конструкция задвижек с невыдвижным шпинделем способствует их надежности

Чтобы понять, какое устройство нужно для разных видов промышленного оборудования и конкретных целей, предстоит разобраться с конструкцией задвижек.

Различаются задвижки по следующим факторам:

• материалу, из которого их производят (стальные, чугунные медные);
• способу крепления: большинство современных задвижек - фланцевые;
• принципу действия (как задвижка открывается и закрывается);
• как расположен ходовой узел: различают модели с выдвижным шпинделем и невыдвижным шпинделем.

Стандартное строение фланцевой задвижки - это крышка и корпус. Под высоким давлением в полость между ними поступает рабочее вещество.

Сталь - наиболее популярный материал для такого вида устройств. Этот материал легче чугуна, а по своим свойствам, прочности и надежности не уступает ему. Стальные устройства чаще применяются в промышленности и ЖКХ с целью передачи жидкостей различной природы.

В стальные задвижки с выдвижным/невыдвижным шпинделем устанавливаются специальные седла. Их расположение зависит от конкретного типа устройства.

В большинстве случаев используются задвижки стальные клиновые фланцевые с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Перекрывается или регулируется интенсивность потока в этих устройствах с использованием специального клина. Он прижимается к седлам, двигаясь перпендикулярно потоку жидкости или газа.

В клиновых задвижках седла устанавливаются под углом. При установлении позиции "закрыто" уплотнители поверхности седла сходятся с уплотнительными элементами штока или клина. Путем вращения ходовой гайки, находящейся в паре со шпинделем, сменяется режим работы устройства.

Разделяют три разновидности клиновых задвижек по типу устройства: с жестким, дисковым и упругим клином. Жесткий отличается простотой конструкцией, но имеет недостатки относительно подгонки и сложен в управлении. При повреждении требуется сложный ремонт. Самым популярным подвидом считается упругий клин: он не подвержен заклиниванию, устойчив к повреждениям.

Еще один принцип классификации фланцевых запорных устройств - их принцип действия. Выделяют задвижки для трубопроводов, открывающиеся вручную и функционирующие на механическом, электрическом, пневматическом или гидравлическом приводе. При ручном приводе поток перекрывается поворотом штурвала.

Крепятся задвижки к трубопроводам с помощью фланцев. Это надежное и прочное соединение, благодаря чему фланцевые устройства подходят даже труб с повышенным давлением. К тому же такое соединение простое в монтаже и демонтаже.

Какие преимущества использования задвижек с выдвижным шпинделем с точки зрения обслуживания

Задвижки и дисковые затворы являются наиболее распространенными разновидностями промышленной трубопроводной арматуры. При этом они имеют целый ряд конструктивных отличий друг от друга, напрямую определяющих их достоинства и недостатки, сферы и условия применения.

Основным рабочим органом затвора является расположенный перпендикулярно потоку среды диск . Он жестко закрепляется на оси, которая в данном случае выступает в качестве штока, то есть служит для изменения положения запорного элемента. Полностью открытому положению затвора соответствует размещение диска вдоль оси корпуса арматуры. При полном закрытии он по всему периметру прилегает к седлу, тем самым перекрывая сечение. Таким образом, для полного закрытия или открытия затвора достаточно повернуть шток на 90 градусов.

Основной рабочий орган задвижки – шибер, клин или диск – перемещается перпендикулярно потоку среды между расположенными параллельно уплотнительными поверхностями . При этом в полностью открытом положении он находится вне проходного отверстия. Перемещение запирающего элемента осуществляется путем вращения выдвижного или невыдвижного шпинделя, который может приводиться в действие вручную при помощи штурвала, в том числе через редуктор, или автоматически –многооборотным электроприводом, гидроприводом или пневмоприводом.

Преимущества и недостатки задвижек и затворов

Основные преимущества дисковых затворов:

• небольшое гидравлическое сопротивление;
• малое время открытия и закрытия;
• простота конструкции, монтажа и обслуживания;
• небольшая строительная длина и высота;
• сравнительно небольшие габариты и масса.

К числу главных недостатков затвора относятся необходимость приложения значительных усилий для перемещения при сильном напоре и большом диаметре трубопровода, невысокая герметичность в закрытом положении, повышенный износ запирающего элемента, постоянно находящегося внутри потока, а также уплотнений, при частом закрытии и открытии. Первая проблема решается путем установки редукторов и приводных механизмов. Повышения ресурса уплотнительных поверхностей и герметичности позволяет добиться применение эксцентриковых затворов.

Основные преимущества задвижек:

• минимальное гидравлическое сопротивление в открытом положении;
• достаточно высокая герметичность;
• небольшая строительная длина;
• возможность перекрытия потока вязких и загрязненных сред;
• подходят для установки на трубопроводах с меняющимся направлением потока;
• высокая сейсмостойкость;
• незначительный износ уплотнительных поверхностей даже при частой смене положения запирающего элемента.

Главными недостатками задвижек являются обусловленная особенностями конструкции значительная монтажная высота и масса арматуры, а также невысокая скорость срабатывания, даже при условии использования исполнительных механизмов. Задвижки сложнее и дороже затворов с точки зрения монтажа, обслуживания и ремонта.

Сферы применения затворов и задвижек

Дисковые затворы устанавливаются в качестве запорной (реже запорно-регулирующей) арматуры на трубопроводах, предназначенных для транспортировки чистых сред. Они активно применяются в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения в коммунальном хозяйстве, в пищевой промышленности и других сферах, когда не предъявляются повышенные требования к герметичности. Трубопроводную арматуру этого типа целесообразно устанавливать на трубопроводах большого диаметра.

Задвижки, в отличие от затворов, менее критичны к чистоте среды, давлению и температуре, при этом способны обеспечить высокую герметичность и применимы для регулирования. Их используют в системах водоснабжения и водоотведения, нефтяной и химической промышленности, когда не критичны скорость срабатывания и значительные размеры оборудования. Их целесообразно устанавливать в районах с повышенной сейсмической активностью.

Можно ли использовать задвижки с выдвижным шпинделем в системах с высоким давлением

Устройство шпинделя включает:

• участок с нарезанной ходовой резьбой (имеет форму трапеции);
• участок под сальник цилиндрической формы с гладкой поверхностью;
• элементы, соединяющие деталь с затвором.

Резьба нарезается на выдвижном шпинделе со стороны его верхней части. Участок, рассчитанный под установку сальника, по длине должен быть больше суммарной длины расчётного хода затвора и установленной сальниковой коробки.

К нему предъявляются высокие требования в части соблюдения геометрических размеров и чистоты обработки поверхности. Участок шлифуется и полируется для минимизации шероховатости данной поверхности. Затем проходит твёрдосплавное либо алмазное выглаживание.

Рис. 2 Модель

Узел соединения изделия с затвором выполняется таким образом, чтобы центрировать затвор и передать на него перестановочное усилие, равномерно распределив последнее по поверхности уплотнений (уплотнительных колец).

Шпиндель может быть соединён с тарелкодержателем (в зависимости от модели) следующими способами:

• простейшим штифтовым соединением. На геометрию последнего налагаются ограничения (до 0,2 диаметра шпинделя). При выборе предварительно выполняется проверка штифта по выбранному сечению на срез под действием расчётных нагрузок;
• если шпиндель используется в средах с высоким давлением, используется более сложный вариант.

У выдвижного шпинделя головка выполняется в форме прямоугольника или квадрата (в сечении), что исключает поворот шпинделя. Этому же способствует то, что она входит в Т-образный паз клина.

Размеры требуемых выступов шпинделя подбираются конструктивно. Далее выполняется прочностной расчёт (например, стойкость заплечиков на срез, изгиб и смятие).

С противоположной стороны шпинделя выполняется конусный борт, предназначенный для установки верхнего уплотнения (расположено в крышке). Это обеспечивает изоляцию сальника от перемещаемой рабочей среды.

Как тип шпинделя влияет на уплотняющие свойства задвижек

В зависимости от условий работы задвижек шпиндели можно разделить на два типа — вращаемые и выдвижные. В современной энергетической арматуре большее распространение имеют задвижки с выдвижным шпинделем. При выдвижном шпинделе управление затвором осуществляется путем вращения ходовой гайки, связанной с маховиком или шестерней привода. Шпиндель при этом совершает только поступательное движение.

Диаметр шпинделя г7_шпопределяется с точки зрения отсутствия потери его устойчивости при закрывании. Предварительную оценку этого диаметра можно проводить, используя следующее соотношение:

Сп = Аип /

где Л_шп— ход невращаемого шпинделя определяется из условия, что клин затвора должен полностью освобождать проходное сечение для среды, т. е.

ц_щп— коэффициент, который принимает следующие значения:

После такой приближенной оценки диаметра шпинделя по табл. 2.7 выбирается ближайшая трапецеидальная резьба (для шпинделя) и назначается уточненный диаметр шпинделя шп, который, как правило, равен наружному диаметру резьбы. Из табл. 2.7 необходимо также зафиксировать средний диаметр резьбы d_cp и угол подъема винтовой линии а. Остальные размеры шпинделя назначаются конструктивно в привязке к другим узлам задвижки.

Р

В каких типичных применениях предпочтение отдают задвижкам с невыдвижным шпинделем

102

Задвижки с невыдвижным шпинделем — это вид трубопроводной арматуры, который применяется для обустройства трубопроводов в различных отраслях промышленности.

Конструкция

Задвижки включают следующие конструктивные элементы:

• Корпус. Выполняется из стали методом литья. Полностью герметичен.
• Затвор. Перекрывает поток рабочей среды за счет перпендикулярного вращения по отношению к нему.
• Рукоятка. Расположена на внешней стороне корпуса, предназначена для управления задвижкой.
• Редуктор. Является связующим звеном между рукояткой и шпинделем.
• Шпиндель. Передает на затвор движение рукоятки управления задвижкой.
• Уплотнители. Обеспечивают герметичность конструкции в закрытом положении.

Принцип действия

Вращение наружной рукоятки передается на шпиндель через редуктор. В результате шпиндель закрывает или открывает просвет внутри корпуса, тем самым останавливая или возобновляя движение рабочей среды по трубопроводу.

Область применения

Задвижки с невыдвижным шпинделем (например, 30с527нж , 30с927нж ) применяются при обустройстве трубопроводов в разных отраслях промышленности:

• Нефтегазовая. Используются для транспортировки нефти и газа.
• Химическая. Используются для транспортировки различных жидкостей и газов.
• Энергетика. Используется в трубопроводах электростанций.

Также изделие используется в жилищно-коммунальном хозяйстве: в системах водоснабжения, водоотведения и канализации.

Область применения задвижки зависит от ее характеристик, которые определяют материалы. ГК «Авангард» производит их из стали марки 25Л (ГОСТ977). Благодаря этому изготовленные ей задвижки могут работать с горячим паром и водой, агрессивными химическими средами.

Преимущества

Вот основные преимущества задвижки с невыдвижным шпинделем:

• Компактные размеры. Поскольку шпиндель не выдвигается и полностью находится внутри корпуса, размеры изделия сравнительно небольшие, что особенно важно при использовании в условиях ограниченного пространства.
• Безопасность. Поскольку шпиндель располагается внутри корпуса и не выдвигается, отсутствует риск его повреждения при работе с задвижкой.
• Устойчивость к вибрации. Шпиндель надежно зафиксирован внутри корпуса, не меняет положение при вибрации и поэтому всегда сохраняет герметичность закрытой задвижки.

Еще одно достоинство — простота обслуживания. По сути, задвижки не требуется обслуживать после установки. У аналогов с выдвижным шпинделем последний необходимо периодически смазывать и регулировать.

Как механизм шпинделя влияет на скорость работы задвижек

Стальные задвижки со шпинделем являются одним из наиболее популярных разновидностей арматуры запорного типа, которые часто используются при обустройстве водопроводных систем. Столь огромный спрос основывается на ряде преимуществ, к которым можно отнести:

1. Простота конструкции. При сравнении с шаровым краном, устройство фланцевой задвижки значительно проще. При установке значительных трудностей возникнуть не должно.
2. Полная универсальность. Определенное оборудование принято считать узкопрофильным, поэтому контактировать с некоторыми средами они не могут. Стальные конструкции используются при транспортировке канализационных нечистот, химикатов, газа, нефти, воды.
3. Небольшие размеры. Длина у устройства небольшая, однако она существенная, по сравнению с шаровым краном и затвором дискового типа.
4. Высокий показатель герметичности. Рабочее давление всегда будет находиться на одной отметке, как и скорость транспортируемой среды.

Несмотря на множество положительных аспектов, идеальным такой тип устройств назвать нельзя. Недостатки у выбранной модели все же имеются. Следует производить подбор, основываясь на использованном оборудовании. К недостаткам относят:

1. Срабатывание с существенной задержкой. Плавность здесь сыграло нехорошую шутку, ведь с ним устройство стало работать существенно медленнее. Временные затраты огромные, что влияет на скорость срабатывания приборов.
2. В качестве регулирующего устройства использовать не принято. Режима у устройства всего два: закрыто и открыто.
3. Строительная высота небольшого уровня. Такой показатель свойственен для конструкций, оснащенных шпинделями, высота которых увеличится при открытии затвора. Рабочая площадь под монтаж должна быть большой (с запасом).
4. Уплотнительные поверхности имеют свои особенности.

Стоят ли задвижки с выдвижным шпинделем дороже, чем с невыдвижным

Принцип работы задвижки основан на перекрытии потока рабочей среды в магистрали, за счет движения затворного органа в перпендикулярном направлении. Изготавливают несколько разновидностей этих устройств, с учетом конструкции затворного элемента, расположения резьбовой пары.Исходя из перечисленных особенностей, задвижки могут быть:

• клиновыми (при жестком, двухдисковом, или упругом клине), например 30с41нж , 30с64нж
• параллельными - 30ч6бр ;
• шиберными ;
• шланговыми.

По расположению резьбовой пары, запорные устройства предполагают выдвижной и невыдвижной шпиндели.

В клиновой арматуре рабочий поток перекрывает клин, плотно прилегающий к наклонным поверхностям седел, с герметичностью срабатывания. Конструкция клина может быть:

• жесткой ( 30с41нж )– в виде стальной пластины клиновидной формы, подогнанной под седла; характерна высокая прочность клина, но жесткость может привести к заклиниванию при изменении температуры или давления;
• двухдисковой ( 30ч6бр )– из двух скрепленных клиньев, подстраивающихся под форму седел в корпусе при опускании; риск заклинивания минимален, при умеренном износе поверхностей;
• упругим – аналогичная конструкция, с подпружиненным соединением клиньев.

У параллельных задвижек затворные элементы расположены параллельно, в виде двух дисков, прижимаемых клином к зеркалам седел.

перекрывают поток рабочей среды перпендикулярно расположенной пластиной. Еще одно название такой арматуры – ножевая, поскольку движение затвора напоминает разрезание, с перекрытием потока.

Шланговые задвижки применяют реже других. Их конструкция в корне отлична от остальных. Поток рабочей среды проходит через шланг, пережимаемый запорным элементом, с перекрытием условного прохода. Эту арматуру устанавливают на магистралях небольшого диаметра, шламовых трубопроводах и прочих сетях, транспортирующих жидкости с примесями.

В запорном элементе с выдвижной конструкцией шпинделя, гайка расположена снаружи крышки корпуса, внутри маховика. При вращении, шток выдвигается, перемещая затвор. Ходовой узел не подвержен воздействию рабочей среды, что увеличивает ресурс арматуры.

Это устройство проще и надежнее в работе. Свободный доступ к сальниковому узлу упрощает обслуживание. Недостатки – большая масса, с необходимостью свободного пространства вверху элемента, для выхода штока.

В арматуре с невыдвижным шпинделем, резьбовое соединение помещено внутрь корпуса. При вращении маховика, затворный элемент передвигается по шпинделю вместе с гайкой.

Расположение ходового узла в рабочей среде усложняет эксплуатацию. Но такая конструкция выигрывает в весе и габаритах.

Как факторы окружающей среды, такие как температура и рабочая среда, влияют на выбор между выдвижным и невыдвижным шпинделем

Каждый из описанных выше типов задвижек изготовляют в нескольких вариантах (исполнениях), учитывающих конкретные условия их эксплуатации.

Существенным обстоятельством, влияющим на стоимость и конструкцию задвижки, является агрессивность рабочей среды по отношению к различным конструкционным материалам. В зависимости от этого корпусы, крышки и затворы задвижек изготовляют из чугуна, бронзы, углеродистой стали или специальных марок легированных (нержавеющих) сталей. При температурах до 100 °С и невысоких рабочих давлениях вместо литых из нержавеющих сталей корпусов целесообразно применять более дешевые чугунные, с футеровкой внутренних поверхностей корпуса различными марками резины или, пластмасс.

В связи с этим широко применяют гуммированные задвижки, в которых соприкасающиеся с транспортируемой средой поверхности корпусов, крышек и затворов, отлитых из чугуна или углеродистых сталей, покрыты слоем специальной резины, предохраняющей основной материал от непосредственного контакта со средой. Некоторую сложность в условиях эксплуатации представляет ремонт поврежденных мест покрытия. Однако низкая стоимость и небольшие эксплуатационные расходы позволяют с успехом применять гуммированные задвижки на неответственных технологических линиях, на обводных линиях трубопроводов и т. д.

При высоких рабочих давлениях и температурах агрессивной рабочей среды, а также для установки на ответственных участках схемы необходимо применять задвижки, изготовленные из легированных сталей специальных марок.

Конструкции таких задвижек ничем, кроме марок материалов основных Деталей, не отличаются от описанных выше.

Не менее существенным параметром является давление. Задвижки, предназначенные для работы при невысоких давлениях, обычно в целях экономии материала имеют более легкий корпус плоской формы, плохо выдерживающий внутреннее давление. Для увеличения прочности в подобных задвижках с большими диаметрами условных проходов зачастую корпус и затвор снабжают поперечными и продольными ребрами жесткости. Задвижки для невысоких давлений обычно изготовляют из чугуна или сварными. В задвижках, предназначенных для работы при более высоких давлениях рабочей среды, корпус имеет овальную форму, обеспечивающую более равномерное распределение напряжений по периметру поперечного сечения (а при больших давлениях - цилиндрическую). Такие задвижки изготовляют из стали. Одновременно при их конструировании учитывают значительную величину усилия, которое возникает за счет разности давлений до и после задвижки, это усилие воспринимается затвором и прижимает его к седлу. Таким образом, возникает дополнительное усилие, которое увеличивает удельное давление на уплотнительные поверхности и в конечном итоге воспринимается корпусом.