Как работает задвижка: устройство и принцип действия
Задвижки – очень популярный и распространенный тип запорной арматуры. Благодаря своей надежности и простой конструкции они востребованы на транспортных и технологических трубопроводах с самыми разнообразными рабочими средами. В зависимости от конструктивного и материального исполнения, задвижки могут использоваться в системах с рабочими давлениями до 25 МПа и температурами до +565 °С. Далее описана конструкция и принцип работы задвижек, приведена их классификация, а также отмечены особенности разных модификаций данной арматуры.
Из чего состоит задвижка?
Главные конструктивные элементы арматуры:
Устройство задвижки очень простое. Ее основу составляют корпус и крышка – именно они образуют полость, по которой движется рабочая среда. В полости арматуры находится затвор и (у части задвижек) механизм, обеспечивающий его передвижение, – резьбовая пара. Запирающий элемент движется перпендикулярно оси потока: опускаясь, он перекрывает просвет трубы, а поднимаясь, открывает. Механизм передвижения максимально простой – при вращении маховика вращается шток (шпиндель), который связан с запирающим элементом напрямую или через гайку. Вращательные движения маховика преобразуются в поступательные движения затвора.
Для герметичного перекрывания потока в корпусе задвижки обычно предусмотрены седла с уплотнительными поверхностями. Когда затвор опускается, он плотно примыкает к седлам, не позволяя среде проходить через полость задвижки. У корпуса также есть два конца для присоединения к патрубкам трубопровода. Они могут быть оснащены фланцами, резьбой или фаской для приварки. В месте выхода штока наружу находится сальник, который предотвращает утечку среды из задвижки.
Маховик – самый простой и распространенный орган управления задвижкой. На трубопроводах больших диаметров, где для перемещения затвора необходимо серьезное усилие, используются дополнительные устройства – механические редукторы, электро-, гидро- и пневмоприводы.
Для изготовления корпусных деталей задвижек чаще всего используется:
Затвор, как правило, изготавливают из стали, которая лучше переносит работу в потоке среды. От материального исполнения арматуры зависит возможность ее применения с различными средами – неагрессивными или агрессивными, холодными или перегретыми. При этом задвижки (за редкими исключениями) используются только для полного перекрывания трубопровода и не подходят для регулировки потока. Если затвор оставить в полуоткрытом положении, он деформируется под давлением среды, что приведет к заклиниванию арматуры.
Типы задвижек
Общий принцип работы задвижек сходный – затвор, отсекающий поток среды, движется перпендикулярно этому потоку. Но существует несколько типов арматуры, которые отличаются конструкцией запирающего элемента и расположением резьбовой пары. Различают такие типы задвижек:
В зависимости от расположения ходового узла задвижки подразделяют на два типа:
Устройство клиновых задвижек
В такой арматуре затвором выступает клин, а седла в корпусе расположены под углом. При закрывании задвижки клин опускается в пространство между седлами и плотно прилегает к ним, обеспечивая высокую герметичность перекрывания. Клин может иметь разную конструкцию:
Принцип действия параллельных, шиберных и шланговых задвижек
Как разновидность клиновых иногда рассматривают и параллельные задвижки. Их затвор имеет не клиновидную форму, но по конструкции схож с двухдисковым клином. При этом диски затвора параллельных задвижек расположены параллельно друг другу. При перекрывании потока они прижимаются к уплотнительным поверхностям седел специальным клиновым грибком, который находится посредине.
Шиберные задвижки можно рассматривать как параллельные с одним диском. Это очень простые устройства, в которых поток среды отсекается плоским затвором, работающим подобно гильотине. Отдельные их модификации даже оснащаются ножевым затвором для разрушения частиц среды, попавших в корпус во время перекрытия трубопровода. Такая арматура используется с загрязненными средами, в которых есть много механических примесей. По герметичности перекрывания она существенно уступает клиновым задвижкам.
Шланговые устройства принципиально отличаются от остальных типов и по конструкции, и по принципу действия. Их относят к задвижкам, поскольку здесь выполняется классический принцип действия задвижки – просвет трубы перекрывается при опускании штока перпендикулярно потоку. У шланговых моделей нет затвора как такового, а через корпус проложен гибкий шланг. Когда трубопровод нужно перекрыть, при вращении маховика опускается шпиндель, который просто пережимает этот шланг.
Подобная конструкция полезна в трубопроводах, по которым транспортируются очень агрессивные среды. Наличие шланга в полости арматуры исключает контакт металлических элементов со средой и предупреждает их коррозию.
Как работают задвижки с выдвижным и невыдвижным штоком
Ходовой узел задвижки – резьбовое соединение шпиндель-гайка – основной элемент, который передает усилие от вращения маховика к затвору. Этот узел может быть расположен как в полости арматуры, так и снаружи:
Сравнительная таблица применения задвижек с выдвижным и невыдвижным штоком
| Условия применения | Задвижки с невыдвижным шпинделем | Задвижки с выдвижным шпинделем |
|---|---|---|
| Диапазон диаметров DN, мм | 40–500 | 15–1200 |
| Диапазон максимальных рабочих давлений PN, МПа | 1,6 | 1,6–10,0 |
| Диапазон температур транспортируемого вещества, ºС | -15…+130 | -70…+450 |
| Рабочие среды | Чистая горячая и холодная вода, неагрессивные среды (нефть, минеральные масла) | Горячая и холодная вода, вещества с любой степенью агрессивности, нефтепродукты, газ |
Таким образом, несмотря на сходный принцип работы, разные типы задвижек имеют несколько отличное устройство и область применения. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки. Но мы готовы подобрать оптимальные задвижки для монтажа на вашем трубопроводе. Знакомьтесь с нашим каталогом и звоните +7 (812) 920-05-98 – специалисты «Компании Север» помогут вам с выбором арматуры подходящего устройства.
Какими бывают задвижки для трубопроводов, устройство и принцип работы
Эксплуатация любой трубопроводной промышленной магистрали предусматривает наличие элементов, перекрывающих поток жидкости, газа, сыпучих материалов и других видов рабочих тел при необходимости обслуживания или ремонта. Функции запора и регулировки потока движущегося вещества в линиях выполняют задвижки для трубопроводов, имеющие различное назначение и конструктивное исполнение.
Область применения
Задвижки используют в качестве запорной и регулирующей поток арматуры в трубах, иногда с их помощью управляют объемом подачи за счет снижения условного диаметра прохода.
Задвижки редко применяются в быту, в основном они служат для регулировки водо- и газоснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве, в магистралях для транспортировки газа, нефти, пищевой и химической промышленности при подаче технологических компонентов в производственном процессе.
Запорные элементы используют на трубопроводах с большими условными диаметрами прохода, применяемые материалы изготовления – недорогие черные и цветные металлы в различных сочетаниях.
Рис.1 Задвижки для трубопроводов водоснабжения
Что такое задвижки: назначение и основные конструктивные элементы
Задвижкой называют вид трубопроводной арматуры, предназначенной для перекрытия или регулирования потока вещества, проходящего по магистрали. Они могут работать в среде с газообразными, сыпучими, жидкими веществами различной вязкости и химической активности.
Основными конструктивными элементами в системе задвижки любой конструкции являются:
Рис. 2 Трубопроводные задвижки из стали – параметры по ГОСТ 9698-86
Достоинства задвижек
Основные параметры задвижек регламентированы ГОСТ 9698-86, используемые в промышленности изделия имеют следующие особенности:
Рис. 3 Запорная чугунная фланцевая арматура
Рис. 4 Задвижки для трубопроводов из цветных металлов
Минусы
При изготовлении запорной арматуры для удешевления часто используют чугун, подобные конструкции имеют следующие недостатки:
Рис. 5 Принцип работы затвора клинового типа
Задвижки для трубопроводов — виды и классификация
Задвижные узлы имеют разные конструктивные и физические параметры, по конструкции и классификации задвижек их подразделяют на следующие классы:
Рис. 6 Разборка клиновидной системы (корпус, вид клина задвижки)
Клиновые задвижки
Устройство задвижки данного типа представляет собой заслонку с расположенными под углом поверхностями, которая при отпускании располагается в клинообразном седельном гнезде.
Жесткий клин
Модель отличается невысокой стоимостью, простотой, жесткостью, надежностью и хорошими параметрами герметичности, при изготовлении требует использования высокоточного оборудования. Клин шарнирно подвешен к шпинделю, размещенному в верхней крышке, и опускается в канал по встроенным в корпус направляющим, система способна работать с большими перепадами давления. К недостаткам относится сложный ремонт и заклинивание при воздействии высоких температур в результате линейного расширения металла при нагревании.
Рис.8 Задвижки для трубопроводов клиновые — конструкция
Клин с двумя дисками
Клиновые задвижки для трубопроводов данного типа состоят из заслонки в виде двух размещенных под углом дисков с разжимной деталью между ними (имеет вид шарообразного грибка) — это позволяет ей самоустанавливаться, обеспечивая при этом высокую плотность перекрытия канала и исключая заклинивание.
Типы задвижек с двумя дисками имеют сложное конструктивное исполнение и соответственно дороги, их преимущества — малый износ затворных и седельных поверхностей за счет отсутствия контакта по пути перемещения, высокая степень герметизации, небольшое прилагаемое усилие для закрывания прохода.
Устройства выпускают только с выдвижным штоком, многие модели бывают с кольцевыми уплотнениями на затворных дисках, позволяющими повысить герметизацию прохода.
Рис. 9 Разновидности поворотных систем
Упругий клин
В данной конструкции привод затвора разрезан на две части и между ними расположен пружинящий элемент — это позволяет перемещаться уплотнительным элементам относительно друг друга на небольшой угол, обеспечивая тем самым лучший контакт с седельным кольцом. При изготовлении не требуется высокоточная подгонка, исключено высокотемпературное заклинивание, к недостаткам относится повышенная истираемость плоскостей клина в результате раннего вступления в контакт при опускании.
Поворотные
Параллельные (шиберные)
В шиберных задвижках устройствах поверхности седел и затворного диска параллельны, при опускании диск (шибер) герметично перекрывает проход за счет давления на его поверхность проводимой среды. К недостаткам относят большие энергозатраты на перемещение в результате трения уплотнительных колец седла и шибера на всем пути движения и соответственно повышенное истирание герметизирующих поверхностей. Используется при пониженных требованиях к герметичности, легко обслуживается и ремонтируется.
Рис.10 Шиберные параллельные задвижки
Шланговые
При транспортировке агрессивной химической среды в системе, задвижки должны иметь высокую защиту от коррозии — лучшим вариантом в этом случае является использование устройств шлангового типа. Узел имеет рабочий канал в виде эластичного гибкого шланга, который при перекрытии потока сжимается в средней части.
Рис. 11 Шланговый тип задвижки – принцип действия
Маркировка
Маркировка задвижной трубопроводной арматуры регламентируется в соответствии с ГОСТ 4666-75, она выполняется на корпусе или табличке с указанием следующих данных:
Рис. 12 Примеры маркировки
Монтаж запорной арматуры в системах водоснабжения
Установка задвижки в магистральный трубопровод промышленного назначения проводится квалифицированными специалистами, при этом наиболее часто используется соединение элементов друг с другом с помощью фланцев. При проведении работ в водопроводной магистрали действуют, соблюдая следующие особенности установки:
Рис. 13 Способы монтажа и настройки запорных устройств
Перед выбором запорной арматуры необходимо учитывать ее характеристики в соответствии с ГОСТ — наиболее высокими параметрами обладают стальные промышленные изделия. Для бытового использования подходят задвижные узлы для трубопроводов из цветных металлов — они имеют небольшие размеры условного прохода и доступный монтаж с помощью резьбовых муфт.
Ознакомительное видео про задвижки для трубопроводов
Задвижки — виды и описание
Задвижка представляет собой арматуру на трубопроводе с регулирующим элементом. Она является широко распространенным видом запорной арматуры и, в основном, применяется в жилищно-коммунальном хозяйстве, в транспортных трубопроводах, в водо- и газоснабжении, в энергетической сфере, в технологических трубопроводах и т.д. Фланцевые задвижки avk устанавливаются на те системы водоснабжения, по которым в основном транспортируется нейтральная жидкость. Ее температура не должна превышать 70 градусов Цельсия. 
Устройства выполняются из нержавеющей стали высокого качества с добавлением вспомогательных материалов. Благодаря обработке поверхности синтетической грунтовкой и слюдосодержащей краской, обеспечивается антикоррозийная защита задвижки.
К недостаткам данного типа арматуры, пожалуй, можно отнести быстрое изнашивание уплотнителей, а также трудности в ремонте устройств, особенно в процессе эксплуатации. Определенный тип задвижек служит только в качестве запорной арматуры, то есть регулировка расхода среды, в данном случае, невозможна.
При изготовлении задвижек принимается во внимание диаметр самого трубопровода, который равняется диаметру арматуры, то есть его проходного отверстия. Чтобы как-то уменьшить крутящий момент и снизить износ уплотнителей, начали применяться несколько суженные задвижки. При этом незначительное увеличение сопротивления, в данном случае, почти не влияет на рабочий процесс системы. Между тем, не рекомендуется использовать такой тип задвижек на тех магистральных трубопроводах, которые имеют большой диаметр.
Широко применяются задвижки, которые управляются штурвалом как вручную. так и электрическими приводами. Возможно также использование пневмопривода или гидропривода. В случае, если задвижка управляется вручную и отличается большими размерами, на нее целесообразнее монтировать редуктор, который значительно уменьшает сопротивление арматуры.
Задвижки различаются между собой по конструкции запорного органа и поэтому бывают следующих видов:
Клиновые задвижки
Первый вид задвижек имеет седла, расположенные в корпусе таким образом, чтобы формировался небольшой угол между ними. Затвор такой задвижки выполняется в виде клина, который в свою очередь бывает упругим, с двумя дисками или жесткий. Он может плотно размещаться между седлами в положении «закрыто». Выбор вида клина зависит от условий эксплуатации.
Жесткий клин
Чтобы обеспечить высокую герметичность запорного крана, рекомендуется использование жесткого клина. Но при этом важно требование повышенной точности при обработке клина, что позволит без помех совместить угол между седлами с углом самого клина. Между тем, необходимо заметить, что при использовании жесткого клина часто наблюдается опасность заклинивания затвора, иногда появляются проблемы открытия задвижки при колебаниях температуры, при появлении коррозийных признаков или износа уплотнителей.
Клин с двумя дисками
Как видно из названия, этот клин состоит из пары дисков, плотно скрепленных между собой и находящихся под углом. Возможность самоустановки позволяет избегать проблем с герметичностью в закрытом положении задвижки. Снижается также возможность заклинивания затвора благодаря двухдисковой конструкции устройства. Сводится на нет также и явление износа уплотнителей, повышается герметичность, а для закрытия используется меньше усилия.
Упругий клин
Что касается упругого клина, то связанные упругим элементом диски в состоянии изгибаться, тем самым повышая плотность между уплотнителями в закрытом положении. Однако в упругом клине самоустановка дисков несколько снижена, но в некоторой мере существует способность компенсации незначительных деформаций корпуса, которые появляются из-за атмосферных температурных колебаний или нагрузок на трубопровод. К преимуществам использования упругого клина на трубопроводах относится отсутствие необходимости проблемной пригонки затвора по корпусу. Примечательна также простая конструкция арматуры. Можно сказать, что в упругом клине сочетаются достоинства двух вышеназванных затворов.
Параллельные задвижки
Название четко передает конструкцию и расположение уплотнительных поверхностей в корпусе. Здесь тоже имеется два диска, которые клиновым грибком прижимаются к седлам для перекрытия рабочей среды.
Шиберная задвижка
Основным отличием шиберной задвижки является конструкция и исполнение запорного элемента. Наличие металлической пластины позволяет разрезку включения в протекающей в задвижке жидкости. Шиберная задвижка используется в вакуумной технике, поскольку имеется широкая возможность изготовления любых сечений на устройстве даже при минимальной длине. Внутрь трубы при положении «открыто» никаких элементов задвижки не выступает. Этот нюанс сводит к минимуму сопротивление газу и повышает эффективность создания вакуума. Такой вид задвижек используется также в нефтегазовой промышленности, в канализационных системах, а также в тех трубопроводах, в которых имеются среды, загрязненные механическими элементами. Кстати, для разрушения некоторых частиц в трубопроводе, затвор шиберной задвижки выполняется в виде ножа.
Шланговая задвижка
Шланговая задвижка имеет несколько иную конструкцию, с корпусом без седел и с затвором без уплотнителей. Рабочая среда проходит через патрубок. Последний находится в корпусе и в состоянии изолировать от рабочей среды детали из металла. Чтобы перекрыть проход, шпиндель воздействует на шланг, который полностью пережимается. Шланговые задвижки устанавливаются на транспортирующие вязкие среды и агрессивные жидкости трубопроводы.
Клиновая задвижка
В клиновых задвижках сёдла в корпусе расположены под небольшим углом друг к другу, а затвор представляет собой устройство в виде клина – жёсткого, упругого или двухдискового, который в положении «закрыто»плотно входит в пространство между сёдлами. В зависимости от условий эксплуатации выбирается тот или иной вид клина.
Жёсткий клин
Жёсткий клин обеспечивает надежную герметичность запорного органа, но для этого требуется повышенная точность обработки для совпадения угла клина с углом между сёдлами корпуса. Недостаток жёсткого клина – опасность заклинивания затвора и невозможность или трудность открытия задвижки в результате колебаний температур рабочей среды, износа или коррозии уплотнительных поверхностей.
Двухдисковый клин
Такой клин образуется двумя дисками, расположенными под углом к друг другу и жёстко скрепленными между собой. В нём диски имеют возможность самоустановки относительно сёдел корпуса, поэтому некоторые погрешности, допускаемые при изготовлении сёдел корпуса, не влияют на герметичность в положении «закрыто».
Двухдисковый клиновой затвор существенно снижает возможность заклинивания, которое свойственно жёсткому клину, и, несмотря на некоторое усложнение конструкции, имеет ряд других достоинств – малый износ уплотнительных поверхностей, высокая герметичность запорного органа, меньшее усилие, необходимое для закрытия.
Клиновые двухдисковые задвижки, входящие в судовую арматуру называют также клинкетными.
Упругий клин
Это модификация двухдискового клина, диски которого связаны между собой упругим элементом, способным изгибаться, обеспечивая плотный контакт между уплотнительными поверхностями в положении «закрыто». В этом затворе снижены возможности самоустановки дисков по сравнению с двухдисковыми, хотя и сохраняется способность компенсировать некоторые деформации корпуса от нагрузок трубопровода и колебаний температур.
Достоинства упругого клина – не требуется трудоёмкая пригонка затвора по корпусу (как для жёсткого клина) и конструкция более простая, чем у двухдискового. Таким образом, упругий клин в определённой степени сглаживает недостатки и сочетает достоинства двух других видов клиновых затворов.
Дополнительная информация представлена в следующем видеоролике:
