Арматура с ручным приводом типа маховик на шпинделе
Как осуществляется управление задвижками
Задвижки – популярная запорная арматура, которая применяется на трубопроводах, транспортирующих разнообразные газы и жидкости. Рабочий орган такого устройства (клин, шибер) движется перпендикулярно потоку, перекрывая просвет трубы. Задача управления задвижкой – максимально быстро, но плавно опустить или поднять этот элемент. А как она решается, мы рассмотрим ниже.
Главные требования к управлению задвижкой
Управляя работой такой арматуры, важно соблюсти следующие условия:
- Клин задвижки должен находиться в положении «открыто» или «закрыто». Такая арматура не может использоваться для регуляции силы потока. Если ее рабочий элемент слишком долго будет пребывать в полузакрытом состоянии, сила потока его деформирует. После этого задвижку невозможно будет ни герметично закрыть, ни полностью открыть. Поэтому процесс открывания и закрывания устройства должен быть по возможности быстрым.
- Слишком резкое перекрывание или открывание задвижки также нежелательно. Это может привести к гидроудару в системе, особенно если речь идет о трубе большого диаметра, по которой поток движется с высокой скоростью. Чтобы избежать проблем, рабочий элемент задвижки необходимо перемещать плавно.
- На трубах больших диаметров и с высокими скоростями потока для управления задвижкой требуются серьезные усилия. Это трудно, а иногда и просто невозможно сделать вручную, при помощи обычного маховика. Чтобы облегчить и упростить задачу, в таких случаях для управления арматурой приходится использовать механические редукторы или разнообразные приводные механизмы. Ниже мы рассмотрим механизм действия этих устройств.
Ручное управление при помощи маховика. Механический редуктор
Классическим управляющим элементом задвижки является маховик. При его вращении усилие передается на шпиндель арматуры, который поднимается или опускается и, соответственно, поднимает или опускает затвор. Шпиндель у задвижки может быть выдвижным или невыдвижным. В первом случае он поднимается над маховиком настолько, насколько поднят клин. У задвижек с невыдвижным шпинделем эти перемещения происходят внутри корпуса.
Если из-за большого диаметра трубы вращать обычный маховик становится трудно, на задвижку устанавливают механический редуктор. Он преобразует усилие так, что управляющий маховик можно легко повернуть без больших затрат энергии. Такое устройство позволяет облегчить работу с арматурой, не применяя приводов.
Приводные механизмы для управления задвижкой
Для открывания и закрывания арматуры используются:
- электроприводы;
- гидроприводы;
- пневматические приводы.
Эти механизмы не только облегчают управление задвижками больших диаметров, которые требуют существенных усилий для перемещения рабочего элемента. Они нередко используются и с арматурой небольшого Ду. Дело в том, что приводные механизмы позволяют организовать дистанционное управление задвижкой или автоматизировать процесс открывания и закрывания устройства, связав его с любыми рабочими параметрами системы (давлением, температурой, расходом среды, состоянием насосов и пр.). Чаще всего при автоматизации задвижек используют электропривод, так как он проще в установке и управлении.
Электропривод задвижки: принцип работы и автоматизация
Основным элементом электроприводного механизма является асинхронный двигатель. Его усилие при работе передается по цепи от выходного вала на червячный редуктор и далее на выходной винт задвижки. Этот винт опускается или поднимается, а вместе с ним опускается или поднимается затвор арматуры.
Чтобы вовремя остановить работу двигателя, в электроприводе разработан механизм микровыключателей КВО и КВЗ. От выходной шестерни редуктора вращение передается дискам с кулачками. При открывании задвижки кулачки поворачиваются вправо и переключают контакты КВО, при закрывании арматуры – наоборот, кулачки движутся влево и переключают КВЗ. Диски с кулачками размещены так, что микровыключатели срабатывают в момент, когда затвор достигает крайнего положения. КВО переключается при полном открытии задвижки, КВЗ – при полном закрытии. Таким образом, двигатель не может остановиться, если затвор находится в полуоткрытом состоянии, что предупреждает деформацию рабочего элемента потоком.
Режимы управления
Электроприводом задвижки можно управлять в трех режимах:
- дистанционном;
- автоматическом;
- наладочном.
Если необходимо управлять работой задвижки на расстоянии, например, с диспетчерского пульта, выбирают дистанционный режим работы. Чтобы перевести привод в этот режим, нужно:
- переключатель 1ПУ установить в положение «Дистанционный»;
- тумблер 2ВБ переключить в положение «Включен»;
- тумблер 1ВБ установить в положение «Выключен».
Управление питанием осуществляется через выключатель В.
Электрическая схема работы привода в дистанционном режиме
Управление задвижкой с электроприводом происходит следующим образом (на примере открытия арматуры):
- Оператор нажимает кнопку 1КУ.
- Включается реле 1РП.
- Замыкается цепь питания катушки пускателя ПО.
- Пускатель включается и запускает электродвигатель.
- Во время работы двигателя затвор поднимается и задвижка открывается.
- При достижении затвором крайнего верхнего положения поворачиваются диски с кулачками и срабатывает микровыключатель КВО.
- На КВО размыкается контакт КВО1, и пускатель ПО выключается. Вместе с ним останавливается и двигатель привода.
- Одновременно с размыканием КВО1 происходит замыкание КВО2, который включает сигнальную лампочку ЛО. Она сообщает оператору, что задвижка открыта.
На этом процесс открытия арматуры завершается. Закрытие задвижки происходит аналогично, после нажатия кнопки 2КУ. В конце движения затвора срабатывают контакты КВЗ и загорается лампочка ЛЗ.
Кроме описанных цепей, в электроприводе задвижки существует и простейшая система сигнализации. Она основана на полупроводниковых диодах и сообщает о полном открытии или закрытии затвора посредством лампочек ЛО и ЛЗ.
Автоматический режим работы электропривода
Управление задвижкой может осуществляться автоматически, без участия оператора. Для перевода электропривода в автоматический режим нужно:
- Переключатель 1ПУ установить в положение «Автомат»;
- Выключатель ВК переключить в положение «Включен»;
- Тумблер 1ВБ установить в положение «Выключен»;
- Тумблер 2ВБ переключить в положение «Включен».
Механизм работы электропривода в автоматическом режиме похож на таковой при дистанционном управлении. Только замыкание контактов 1РК и 2РК происходит не при нажатии кнопки, а через подачу соответствующей команды со схемы контроля. Далее включается пускатель ПО (при открытии задвижки) или ПЗ (при закрытии) и запускается работа электродвигателя. Результат выполнения команды отображается загоранием сигнальных лампочек ЛО или ЛЗ.
Наладочный режим работы электропривода
Данный режим используется не для управления задвижкой, а для наладки работы электропривода после монтажа или ремонта устройств. Для перевода механизма в наладочный режим нужно:
- Тумблер 1ВБ установить в положение «Включено»;
- Автоматический выключатель АВ включить (он подает в схему управления питание).
Для открывания задвижки нажимается кнопка 4КУ. После ее нажатия питание подается на пускатель ПО. Он осуществляет следующее:
- Замыкает контакт ПО1 (он находится в цепи самоблокировки). Замыкание способствует запоминанию команды.
- Размыкает контакт ПО2 (расположен в цепи взаимной блокировки). Это предотвращает подачу ложной команды.
- Замыкает три контакта ПО3, в результате чего включается двигатель. Он поднимает рабочий элемент задвижки.
При полном открытии задвижки кулачок диска размыкает контакт КВО, что отключает пускатель ПО. Двигатель останавливается, и затвор прекращает движение. Закрытие задвижки происходит аналогично, но после нажатия кнопки 5КУ.
Защита в схеме электропривода задвижки
При управлении задвижкой могут возникать нештатные ситуации. Чтобы предупредить аварии на трубопроводе и поломки электроприводного механизма, в его схеме предусмотрена защита нескольких типов:
- Кнопка 3КУ – аварийное ручное выключение двигателя.
- Нулевая защита (минимального напряжения). Срабатывает при отключении или критическом снижении напряжения в сети. Предупреждает самозапуск двигателя при внезапном восстановлении напряжения.
- Электрическая блокировка. Не допускает одновременного срабатывания пускателей ПО и ПЗ. Осуществляется простым включением размыкающего контакта ПЗ в цепь питания ПО и наоборот.
- Защита от перегрузок. Предупреждает перегрузку двигателя в случае заклинивания задвижки. При возникновении проблемы размыкаются контакты микровыключателя ВМ (это выключатель муфты предельного момента). Микровыключатель, находящийся в общей цепи питания ПО и ПЗ, отключает оба пускателя и прекращает работу двигателя.
- Максимальная защита – от высоких кратковременных нагрузок и тока коротких замыканий. Срабатывает благодаря плавким предохранителям или электромагнитным расцепителям.
Кроме того, в схеме электропривода задвижки предусмотрены устройства защиты и управления ПКП1Т, ПКП1И и др. Они позволяют останавливать электропривод без задействования концевых выключателей, следить за текущим положением затвора, прекращать работу привода в аварийных ситуациях. Также в ПКП1 можно вмонтировать модуль интерфейса для осуществления электронного управления. В этом случае появляется возможность запрограммировать электропривод на работу с нужными параметрами в различных условиях или в разное время.
Таким образом, управлять задвижками можно по-разному, но электроприводной механизм позволяет осуществлять управление наиболее легко и точно. Если вы хотите купить задвижку с электроприводом, обращайтесь в «Компанию Север». Наши специалисты проконсультируют вас по всем вопросам относительно управления арматурой и помогут подобрать устройство с нужным приводным механизмом.
Управляемая арматура с ручным приводом
РУЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ – наиболее традиционный, простой и надёжный метод управления арматурой. Ручное управление целесообразно использовать при достаточно редком срабатывании арматуры.
Движение затвора осуществляется за счет усилия оператора, действующего на маховик или рукоятку.
В простейшем виде – это поворот рукоятки на хвостовике штока крана или вращение маховика, установленного на шпинделе или ходовой гайке запорного клапана или задвижки.
Как правило, вся арматура с ручным управлением поставляется укомплектованной маховиками или рукоятками. Однако в некоторых случаях на конусных кранах для управления на хвостовике пробки выполняется только квадрат под ключ.
Здесь уместно обратить внимание на одно важное правило, принятое в арматуростроении: маховик или рукоятка для закрывания арматуры вращается или поворачивается всегда по часовой стрелке, а для открывания – в обратном направлении. Это правило следует применять автоматически не задумываясь, особенно в ситуациях, когда требуется срочное аварийное перекрытие потока рабочей среды.
В зависимости от давления рабочей среды, диаметра трубопровода и условий работы арматуры применяются и более сложные устройства для ручного управления. При больших значениях рабочих давлений среды и больших диаметрах трубопровода возрастают и усилия, необходимые для перестановки затвора и обеспечения плотного перекрытия прохода в запорном органе.
Для снижения усилия оператора при управлении арматурой применяются цилиндрические или конические зубчатые передачи, а также передачи червячные.
Зубчатые передачи используются, как правило, для запорных клапанов и задвижек, а червячные для кранов и поворотных затворов.
Эти передачи комплектуются в виде отдельных или встроенных в арматуру конструктивных узлов – редукторов, которые располагаются на верхней части крышки арматуры. На входном валу редуктора устанавливается маховик для управления изделием. Следует отметить, что цилиндрические и конические редукторы, как правило равноценны по своим силовым характеристикам и отличаются только тем, что позволяют расположить маховик в положении, наиболее удобном для управления.
При вертикальном положении шпинделя маховик на цилиндрическом редукторе располагается в горизонтальной плоскости, а на коническом – в вертикальной. Это следует иметь ввиду в случаях, когда при заказе арматуры возникает вопрос о возможности замены, например, клапана с цилиндрической передачей на такой же клапан с передачей конической.
В случаях, когда арматура устанавливается в труднодоступных для местного управления местах, используются механические передачи – цепные или карданные для дистанционного управления. С этой целью наряду с маховиками или вместо них на арматуре устанавливаются шарнирные муфты.
Крутящий момент на муфты передается шарнирными тягами, соединенными с приводным устройством, расположенном в месте, доступном и удобном для работы оператора. Наличие таких муфт позволяет дистанционно управлять арматурой не только вручную, но и при помощи электропривода.
Арматура с ручным приводом
Ручной привод – устройство для управления арматурой, в котором используется, как сказано в нормативных документах, «энергия человека». Ручным приводом или ручным дублером может быть оснащена арматура с механизированным приводом. Для передачи воздействия на арматуру с ручным приводом служат маховик или рукоятка.
Первый имеет вид колеса, установленного на шпинделе арматуры или редукторе, вторая представляет собой стандартное приспособление для держания рукой.
Если для управления арматурой необходим значительный крутящий момент на шпинделе, усилие на рукоятке маховика можно уменьшить, используя редукторы с зубчатой (конической цилиндрической) или червячной передачей.
Трубопроводную арматуру с ручным приводом размещают в местах, максимально приспособленных для безопасного и удобного обслуживания: на высоте до 1,8, а при частом использовании – не более 1,6 м.
Что такое трубопроводная арматура?
Ни одна труба на земле не может работать без арматуры. И речь не о каркасе для усиления бетона в ответственных конструкциях. Речь об устройстве, «на плечах» которого лежит управление потоками рабочей среды. Что такое трубопроводная арматура? Какая она бывает, и куда ее устанавливают? Обо всем по порядку.
Классификация
Трубопроводный транспорт – лидер, среди остальных колесных и без колесных транспортных средств, по перевозке грузов. Развернутая длина всех российских магистралей составляет более 250 тысяч километров.
Для управления таким народным достоянием нужны специальные технические средства, коими и является трубопроводная арматура. Она бывает 3 видов:
- сантехническая;
- промышленная;
- лабораторная.
Рабочая среда – жидкость, газ, пульпа или другое вещество, текущее по трубе.
К лабораторной арматуре относятся устройства, которые работают в ограниченных условиях без воздействия давления и высокой температуры. Всяческие бобышки, трубки, защитные оправы, нужные для выполнения точных замеров, отбора проб и других лабораторных манипуляций.
К промышленной арматуре относятся устройства, которые управляют рабочей средой. Под управлением понимается:
- остановка;
- перенаправление;
- регулировка.
Регулировка среды в трубе подразумевает контроль и изменение (при необходимости) основных ее параметров (давление, температура).
Арматура делится на общепромышленную и специальную. Для каждой отрасли выпускается своя, особая трубопроводная арматура, с определенными параметрами и конструкцией. Такие устройства нужны:
- коммунальщикам;
- газовикам;
- нефтяникам;
- топливникам;
- химикам;
- судостроителям.
По «просьбам всех нуждающихся», заводы арматуростроения выпускают специфическую продукцию, выполняющую конкретную задачу.
Применение
Трубопроводная арматура используется в магистралях, котлах, емкостях и других устройствах промышленного назначения. Нужна для регулировки/управления жидкими и газообразными средами, такими как:
- горячая/холодная вода (пресная и соленая);
- водяной пар;
- нефтепродукты;
- дизельное топливо, бензин;
- натуральные и синтетические масла;
- природный и сопутствующий газы;
- вещества химической промышленности;
- шламы и пульпы.
Для каждой отрасли народного хозяйства, выпускаются специфические устройства, имеющие индивидуальные эксплуатационные и технические параметры. К примеру, для судостроения применяется арматура, имеющая относительно компактные габаритные размеры, обусловленные стесненными условиями. А вот для химической промышленности основной фактор – работа устройства в агрессивных средах.
Виды промышленной арматуры
Видовая классификация нужна для четкого разграничения характера работы и выполняемых функций. В соответствии с этим, различают следующие подгруппы трубопроводной арматуры.
1. Запорная (на рисунке А). Полностью отключает поток газа или жидкости. Ставится на границах участков трубопровода, перед емкостями, котлами и другими агрегатами.
2. Обратная (Б). Не дает веществу течь в другую сторону. Защищает агрегаты, насосы и станции от неблагоприятных последствий обратного тока.
3. Предохранительная (В). Защищает агрегаты и узлы, работающие под давлением. Не допускает превышения основных параметров рабочей среды, сбрасывая излишки в окружающую среду.
4. Регулирующая (Г). Служит для регулировки основных параметров, изменяя скорость подачи, напор, давление посредством изменения расхода.
5. Отключающая (Д). Перекрывает поток вещества при превышении основных параметров.
Также существуют комбинированные модели трубопроводной арматуры, которые совмещают сразу несколько функций.
Рис.2 Виды промышленной арматуры
По принципу воздействия на рабочий орган, который выполняет ту, или иную функцию регулировки, арматура бывает управляемой и автономной.
Автономность в общем понимании – характеристика системы, поведение которой не зависит от внешних факторов, а определяется ее внутренними основаниями. Применительно к арматуре – автоматическое действие от рабочей среды.
К автономной арматуре относится:
- обратная;
- предохранительная;
- отключающая.
К управляемой – запорная и регулирующая. Последняя может предусматривать и автоматическое срабатывание от вещества. Для этого в ней устанавливается чувствительный датчик, который «решает» когда нужно вмешаться.
По объему поставляемых устройств на предприятия, в ведении которых находятся трубопроводные системы и магистрали, 1 и 2 место занимают запорная и обратная арматура. По конструкции эти виды являются самыми простыми и надежными.
Привод
Трубопроводная арматура выпускается с 3 типами приводных механизмов:
- ручным;
- механическим;
- дистанционным.
Ручной привод выполняется в виде штурвала, рукоятки или вентиля, и зависит от типа и размера устройства. Для управления такой арматурой необходимо непосредственное участие человека.
Механический привод представлен редуктором, работающим от непосредственного воздействия персонала, а также автоматическим устройством, действующим от управляющей среды.
Управляющая среда – энергия, которая воздействует на привод, приводящий затвор в движение.
Затвор – основная деталь арматуры, непосредственно с помощью, которой устройство выполняет свое назначение.
Дистанционный привод бывает 2 типов.
1. Ручной – затвор перемещается при помощи воздействия человека на привод, расположенный удаленно от арматуры. Соединения привода с устройством в этом случае происходит посредством передачи (цепи/тросы, валы, подшипники, шестерни).
2. Автоматический. В системе присутствует командная среда, которая передается из единого диспетчерского пункта на автоматическое устройство, установленное на арматуре.
Командная среда – сигнал, приводящий в действие автоматический привод.
Познакомимся с каждым типом приводов предметно.
Ручной
При комплектации трубопроводной арматуры ручным приводным механизмом, затвор приводится в движение с помощью штурвала (маховика).
Рис.3 Варианты исполнения ручного привода
На рисунке 3 видно, что конструкции ручных механизмов отличаются. К примеру, на задвижке установлен массивный штурвал, с помощью которого можно перевести затвор в нижнее или верхнее положение, приведя в движение гайку и шпиндель. На кране и дисковом затворе имеются рукоятки, воздействуя на которые, их запорные органы перекрываются.
Выбор типа привода зависит от габаритов арматуры, принципа передачи усилия от рукоятки и характера движения затвора. На задвижке передача усилия происходит через резьбовое соединение гайки и шпинделя, а запорный орган движется перпендикулярно потоку рабочей среды от штурвала.
А вот на кране и затворе усилие передается непосредственно от рукоятки. Запорные органы здесь расположены по-другому:
- у крана затвор шаровидной формы расположен в протоке и вращается вокруг своей оси;
- у дискового затвора диск тоже находится в протоке и вращается вокруг своей оси, перпендикулярной потоку среды.
Чем больше диаметр проходной части арматуры, тем больше гидравлическое сопротивление, оказываемое на затвор. Отсюда вытекает необходимое усилие, которое надо приложить человеку, чтобы перекрыть трубу. При больших показателях гидравлического сопротивления, перевести затвор в положение «закрыто» ручным приводом очень трудно.
Механический
Приводы данного типа бывают с исполнительным механизмом в виде понижающего передачу редуктора и автоматического устройства.
Рис. 4 Варианты исполнения механического привода
Кроме изображенных на рисунке 4 типов механических приводов, существуют электромагнитные и гидроприводы.
Механический редуктор играет роль понижающего обороты устройства. Достоинством данного вида является возможность работать на арматуре большого диаметра без затрат на управляющую среду (энергия). Но есть и недостаток: за счет облегчения требуемой нагрузки на штурвал, возрастает количество оборотов для полного перекрытия потока. А это влечет за собой потери времени.
Принцип работы электропривода аналогичен механическому редуктору, за исключением наличия двигателя. Он воздействует на шпиндель, открывая и закрывая затвор за считаные секунды. Для снижения требуемой мощности электродвигателя, дополнительно устанавливается понижающий редуктор. Но так как на стандартном 220 В аппарате, со стандартной частотой тока в 50 ГЦ количество оборотов на валу достигает 3000, понижающий редуктор здесь необходим.
Принцип действия пневматического и гидроприводов похож, за исключением управляющей среды. В первом случае шток приводится в движение за счет давления воздуха, во втором – воды.
Шток – подвижная деталь без резьбы, передающая усилие от привода на затвор.
Установка пневматического и гидроприводов осуществляется на отсечную арматуру, от которой требуется моментальное срабатывание.
Дистанционный
Этот тип привода необходим для ускорения работы магистрали, а также при установке арматуры в местах, получить быстрый доступ к которым невозможно.
При обслуживании многотысячных километражей нефте-газопроводов, проходящих через «реки и океаны», установка дистанционного привода – вынужденная необходимость.
Рис. 5 Дистанционный привод
На рисунке 5 слева изображена схема ручного дистанционного привода. При помощи маховика (1), оператор передает крутящий момент на цепную передачу (4). Через систему цепей (валов) и поворотных редукторов (3), крутящий момент передается на штурвал арматуры (5), который, в свою очередь, сообщает движение затвору, перекрывая поток.
Такая система применяется в случаях установки трубопроводной арматуры в стесненных местах (технологические люки, загроможденные трубами отсеки, производственные помещения и др.)
На рисунке справа изображен пульт управления арматурой. Распоряжение приводом в этом случае осуществляется удаленно, из кабинета диспетчера. На пульт выведены кнопки открытия/закрытия затвора, лампочки сигнализации неисправности.
Дополнительно установлены блокировочные рукоятки, при включении которых управление приводом кнопками открытия/закрытия невозможно. Эта мера безопасности используется при проведении работ на магистрали, которые сопровождаются разгерметизацией системы. Рукоятка блокировки исключает человеческий фактор, который зачастую является причиной аварий на производстве.
Автономные приводы
Приводные механизмы такого типа применяются на отсечной, обратной, защитной и предохранительной арматуре. Автономный привод может быть исполнен в виде:
- пружины двустворчатого диска;
- разрывной мембраны;
- пружины затвора и др.
Принцип действия автономного привода такой: при достижении определенных параметров рабочей среды и под ее воздействием, арматура автоматически срабатывает. Например:
- при изменении направления потока в трубе, двустворчатый диск закрывает поток;
- при повышении давления до критической отметки разрывается мембрана;
- при увеличении скорости потока или давления, отводится пружина затвора.
Действие данного привода происходит от воздействия среды на рабочий орган арматуры без человеческого или иного (энергия) вмешательства.
Типы арматуры
Проще всего понять, что такое трубопроводная арматура, ознакомившись с ее типами. А вот такие трубопроводные изделия используются на современных магистралях:
- задвижки (бывают с выдвижным и невыдвижным шпинделем);
- клапаны (вентили);
- дисковые затворы;
- обратные клапаны;
- краны (шаровые, конусные);
- заслонки;
- конденсатоотводчики.
Каждый тип имеет индивидуальную конструкцию, типоразмер, принцип действия, привод, способ герметизации, и другие особенности.
Рис. 6 Типы арматуры
Материал корпусных деталей и запорных органов зависит от рабочей среды (ее основных параметров), для которой предназначен тот или иной тип арматуры.
Тип затвора
Различают несколько типов затворов:
- лист;
- диск;
- клин;
- тарелка;
- упругая мембрана;
- шланговый клапан
Первые 3 типа затворов устанавливаются на задвижках. Вне зависимости от вида затвора, его перемещение происходит перпендикулярно току среды. Для обеспечения определенной степени герметичности, уплотнительные поверхности задвижки изготавливаются из разных материалов.
Уплотнительная поверхность – контактная часть диска (клина) и кольца корпуса, которая обеспечивает заданную степень герметичности.
Герметичность – свойство арматуры препятствовать распространению среды в разделяемых патрубках (полостях).
Рис. 7 Клиновой затвор
Задвижка, имеющая листовой затвор, называется шиберная.
Клин от диска отличается взаимным расположением уплотнителя. Соответственно, у клина они расположены под углом друг к другу, а у диска – параллельно.
Конструкция клинового затвора может быть:
- жесткая;
- упругая;
- составная.
При жестком исполнении, клин плотно входит в предусмотренное седло корпуса.
Седло – выемка в нижней части корпуса задвижки, в которой установлены уплотнительные кольца, которые могут быть литыми или запрессованными с натягом.
Упругая конструкция позволяет дискам взаимно устанавливаться в седло. Если в затворе присутствуют неточности обработки уплотнителей, упругая сердцевина позволяет сгладить этот недостаток.
Аналогичным образом работает составной клин, выполненный из двух дисков. Подвижность упругой и составной конструкции снижает качественные требования обработки (шабрения) уплотнительных поверхностей.
Шабрение – процесс обработки уплотнительных поверхностей, для придания им точной взаимной геометрии.
Для особо ответственных трубопроводов, транспортирующих опасные химические вещества, проводят прецизионную электромеханическую обработку уплотнителей. Такие затворы имеют высокий класс герметичности.
Тарельчатый
Такой тип затворов устанавливается на клапанах (вентилях). В отличие от запорного органа задвижки, тарельчатый затвор перемещается параллельно току среды.
Тарельчатый затвор долговечнее, нежели клиновый. Дело в характере движения. Если в задвижке клин перемещается по уплотнительным поверхностям колец в корпусе, то у тарелки это движение отсутствует. Из-за отсутствия трения уплотнителей, тарельчатый затвор дольше сохраняет свои геометрические параметры и заявленный класс герметичности.
Рис.8 Тарельчатый затвор
Клапаны используют для трубопроводов сравнительно небольшого диаметра (до 250-300 мм). Это обусловлено большим, нежели у задвижки, гидравлическим сопротивлением на тарелку.
Мембранный и шланговый
Мембранный клапан представляет конструкцию, запорный орган которой сделан из упругой резины, усиленной металлическими пластинами или другим упругим материалом.
Шланговый затвор выполнен вставками в проходное отверстие армированной резиновой трубки, с высокой степенью упругости. Перекрытие тока происходит за счет сжимания этой трубки посредством внешнего механического воздействия.
Мембранная и шланговая арматура используется на трубопроводах химической промышленности. Эластичная резина выполнена из агрессивно стойких материалов.
Клапаны используют для трубопроводов сравнительно небольшого диаметра (до 250-300 мм). Это обусловлено большим, нежели у задвижки, гидравлическим сопротивлением на тарелку.
Кроме перечисленных типов затворов существуют также шаровые, конусные и цилиндрические.
Класс герметичности арматуры
Этот параметр определяется после изготовления каждого конкретного устройства, опытным путем на специальном оборудовании. Регламентируется эта процедура ГОСТом 9544.
В соответствии с нормативом, затворы классифицируются по классам от А (без утечек) до G. Устройства, предназначенные для эксплуатации на ответственных объектах, соответствует классам А, АА, В, С.
Таблица 1 Нормы герметичности
Q – обозначает количество утечки (объем, измеряемый в кубических мм за секунду).
Конструктивные особенности
К основным конструктивным особенностям трубопроводной арматуры относятся:
- конструкция корпуса;
- конструкция патрубков;
- формообразование корпуса.
Разберем каждый параметр подробно.
Конструкция корпуса
Трубопроводная арматура может выполнять функцию поворота магистрали. Для этого выпускаются устройства с угловым расположением патрубков. Стандартный угол составляет 90 0 . Для каждого индивидуального предприятия, по его заказу, заводы изготавливают нестандартные углы поворота.
Обыкновенная, прямолинейная арматура называется проходной. В таком устройстве центры присоединительных патрубков находятся на одной линии.
По диаметру протока арматура может быть полнопроходной и неполнопроходной. Например, если в паспорте указан диаметр условного прохода 300мм, то для неполнопроходного устройства внутренний диаметр будет равен 250мм. Для полнопроходной внутренний диаметр, соответственно, равняется 300мм.
Под внутренним диаметром понимается размер проходного сечения седел корпуса.
Не во всех полнопроходных устройствах внутренний диаметр равен заявленным параметрам в паспорте. К примеру, для задвижки, диаметром условного прохода 350мм, размер проходного сечения может быть равен от 331мм до 350мм. Такие параметры полнопроходных задвижек регламентируются стандартами арматуростроения. Данный диапазон сечения находится в допуске.
Конструкция патрубков
Патрубками называются входное и выходное отверстие арматуры. Для герметичного присоединения устройства к трубопроводу, способ крепления должен отвечать стандартам.
А вот какими способами патрубки соединяются с трубопроводом.
1. Фланец. Имеет форму диска с проточками и отверстиями для крепления болтами.
2. Цапковая гайка. Имеет внутреннюю резьбу с одной стороны, а с другой, отверстие под внутренний штуцер с клыками.
3. Муфта. Имеет внутреннюю резьбу на каждом патрубке.
4. Штуцер. Обыкновенная гладкая или ребристая трубка меньшего диаметра, нежели проходное отверстие.
5. Соединение под приварку. Патрубок имеет специальную разделку кромки для выполнения сварочных работ.
На промышленных трубопроводах самым распространенным способом крепления является соединение фланцем и под приварку. Эти два типа крепления выдерживают самые большие нагрузки, имеют отличные показатели герметичности, надежности и долговечности.
Штуцер используют для присоединения шлангов к вентилям. Для улучшения герметичности соединения используется хомут.
Муфты чаще всего встречаются на сантехнической арматуре. А вот цапковый способ имеет ограниченную сферу применения. Его устанавливают на пожарные гидранты, краны и рукава.
Формообразование
По способу формообразования корпуса, арматура бывает:
- литая (детали изготовлены методом литья в формы);
- литосварная (отлитые детали соединяются методом сварки);
- штампосварная (штампованные части корпуса сварены между собой);
- литоштампосварная.
Для соединения корпусных деталей арматуры применяется электродуговая сварка. На технологических линиях заводов-изготовителей устанавливаются специальные станки, снабженные компьютерным управлением (ЧПУ).
Штамповка корпусных деталей происходит под мощными прессами. Для этого разогретую болванку помещают в форму. Под воздействием нагрузки от пресса, болванка получает требуемые параметры.
Выбор того или иного способа формообразования зависит от марки металла.
Металл для корпусных деталей
Трубопроводная арматура изготавливается из:
- чугуна;
- стали;
- латуни;
- алюминия;
- никеля;
- титана.
Арматуру, применяемую в трубопроводах коммунальных систем, обычно делают из чугуна GGG40 или 50. Это серый шаровидный чугун. Кроме этого сплава в арматуростроении применяются ковкие и высокопрочные чугуны. Различные добавки в сплав обеспечивают арматуре:
- жаростойкость;
- кислотоупорность;
- щелочестойкость;
- и антифрикционные свойства.
Из чугуна делают отливки корпусов, штурвалов и затворов.
Стали
Сталь обладает лучшими (нежели чугун) прочностными характеристиками. Так как сталь пластична, ее используют для изготовления ответственных конструкций, работающих под высоким давлением.
Пластичность – характеристика металла, которая выражается в способности выравнивать силовые напряжения, вызванные внешним воздействием (давлением рабочей среды).
Для изготовления корпусных деталей используют углеродистую сталь, марки 25Л или 35Л.
Затворы, контактирующие с рабочей средой, делают из легированных сплавов с добавлением титана, никеля и хрома. Благодаря антикоррозионным свойствам этих добавок, уплотнители получают отличную сопротивляемость коррозии, механическим воздействиям и усталости.
Цветные металлы
Из латуни, меди и бронзы, в основном делают сантехнические вентили и краны. Также бронзовые и латунные сплавы применяются в криогенной арматуре, работающей при экстремально низких температурах (менее -153 0 С). С понижением температуры рабочей среды, механические и прочностные свойства латуни повышаются.
Так как латунь имеет отличные антифрикционные свойства (устойчивость к истиранию), она используется при изготовлении подвижных деталей (например, ходовой гайки).
Титан служит добавкой в легированных сталях, которые применяют для наплавок уплотнительных поверхностей.
Способ герметизации
Так как в трубопроводной арматуре присутствуют подвижные части, а система работает в условиях повышенных давлений и температур, необходимо устройство, которое ограничит рабочую среду от окружающей.
Для этого используются:
- сальник;
- мембрана;
- сильфон;
- шланг.
Устройство сальника представляет специальную камеру, через которую проходит подвижная часть (шпиндели или шток). Для предотвращения выхода рабочей среды, в сальниковой камере предусмотрен паз для укладки уплотнителя. В качестве последнего используется:
- асбест;
- паронит;
- терморасширенный графит.
Для конкретной сферы эксплуатации арматуры, набивка дополнительно армируется и пропитывается. К примеру, паронит имеет 4 исполнения, приведенные в таблице 2.
Терморасширенный графит (или сокращенно – ТРГ) также имеет несколько модификаций.
В качестве армирующего вещества ТРГ используется:
- проволока из нержавейки;
- хлопчатобумажная нить;
- стекловолокно;
- лавсан;
- инконелевая проволока.
Сильфон представляет собой длинную металлическую гофрированную трубку, внутрь которой входит шток. Гофра выдерживает значительные механические, температурные воздействия и изгибы. В основном, сильфон используют в криогенной арматуре.
Мембрана применяется при невысоких показателях давления и температуры среды. Некоторые типы арматуры имеют затвор, одновременно выполняющий роль мембраны.
В шланговой арматуре (рис. 9) герметичность системы производится за счет наличия в проходном отверстии резинового шланга. Дополнительные приспособления здесь не нужны.
Давление номинальное, рабочее и пробное
Во всех нормативных документах обозначается PN и измеряется МПа (мега Паскали). На сайтах российский производителей трубопроводной арматуры чаще всего обозначается Ру с единицей измерения в атм.
Соотносятся МПа с атм. так:
Номинальным называется максимальное давление, при котором возможна нормальная эксплуатация арматуры при температуре транспортируемого вещества 20 0 С. В таком режиме корпусные детали не подвергаются деформации, а само устройство гарантированно отслужит свой полный ресурс.
PN отражает наибольшее давление при температуре вещества только 20 0 С. Это означает, что при больших температурах, максимальное давление снижается.
Соотношение максимального давления от температуры можно посмотреть в таблице, приведенной ниже.
Таблица 3 Зависимость температуры от давления
Рабочее давление – это максимальное давление в трубе, при заданной температуре.
Температура и давление
Два основных параметра, по которым классифицируется трубопроводная арматура – это температура и давление рабочей среды.
По температурным диапазонам работы, трубопроводная арматура бывает:
- обычная, диапазоном от +5 0 С до +425 0 С;
- для высоких показателей температуры – до +600 0 С;
- жаропрочная – более +600 0 С;
- для холодильной техники – до -153 0 С;
- криогенная – менее -153 0 С.
По максимальному давлению в системе, арматура подразделяется для:
- сверхвысокого вакуума – менее 0,1 Па;
- низкого вакуума – от 0,1 Па до 0,1 Мпа;
- малых давлений – до 1,6 МПа;
- средних показателей – от 2,5 до 10 МПа;
- высокого давления – от 16 до 80 МПа;
- сверхвысокого давления – более 100 МПа.
Группа температуры и давления зависит от металла, из которого изготовлена арматура. Для чугуна показатели ниже, чем для сплавов из углеродистой и легированной стали.
Что такое маховик задвижки и как его снять
Задвижка является важнейшим элементом в системе трубопровода. Принцип работы задвижки основан на перекрытии потока рабочей среды посредством изменения площади проходного сечения в трубопроводе. Эту задачу выполняет запорный элемент задвижки. Задача управления запорным элементом – максимально быстро, но плавно опустить или поднять его.
Запорный элемент задвижки может находиться в положении «открыто» или «закрыто». Такая задвижка не может использоваться для регулирования потока рабочей среды. Если запорный элемент будет слишком долго находиться в полузакрытом состоянии, то поток рабочей его деформирует. Задвижка станет неработоспособной. Поэтому процесс открывания и закрывания должен происходить довольно быстро.
Слишком резкое открывание или перекрывание потока также нежелательно. Потому что может привести к гидроудару в трубопроводе. Чтобы этого не случилось, запорный элемент задвижки необходимо перемещать плавно.
Ручное управление задвижкой при помощи маховика
Все виды трубопроводной запорной арматуры, в том числе и задвижки управляются классическим элементом – маховиком (штурвалом).
Маховик (штурвал) - это в основном круглый элемент со спицами, при вращении которого усилие от рук передается на шпиндель задвижки. Маховик предназначен для выполнения основной задачи – ручного управления задвижкой.
При вращении маховика усилие передается на шпиндель задвижки, который опускается или поднимается, и соответственно, опускает или поднимает запорный элемент (затвор). Шпиндель у задвижки бывает выдвижным или невыдвижным. Выдвижной шпиндель поднимается над маховиком настолько, насколько поднят затвор. Невыдвижный шпиндель не поднимается над маховиком, эти перемещения происходят внутри корпуса задвижки.
Типы маховиков
Маховики задвижек отличаются друг от друга размерами, в зависимости от типа и размера самой задвижки, а также материалом изготовления.
В основном маховики (штурвалы) для задвижек изготавливают из стали и чугуна с последующей окраской эпоксидным покрытием.
Вот некоторые виды чугунных маховиков для трубопроводной арматуры:
- плоский маховик с волнистым ободом;
- плоский маховик с круглым ободом;
- вогнутый маховик с волнистым ободом.
Основные параметры и размеры маховиков,изготовленных из чугуна,регламентируются ГОСТ 5260-75
Зачем снимать маховик с задвижки
Запорная трубопроводная арматура, в том числе и задвижки в процессе эксплуатации сталкиваются с агрессивными и не агрессивными рабочими средпми и подвергаются износу. Вследствии чего вознткают следующие неисправности:
- Гайка маховика прикипела к резьбе шпинделя из-за ржавчины и известковых отложений.
- Маховик вращается, а шпиндель неподвижен. Износа граней квадрата шпинделя под маховиком.
- Маховик проворачивается вместе со штоком, но затвор задвижки не перекрывает поток рабочей среды. Износ шпинделя или разъединение с запирающими элементами дисков.
- Ходовая гайка проворачивается на маховике. Выпала или срезалась шпонка.
- Увеличено усилие, прилагаемое к маховику для закрытия или открытия задвижки. Уменьшение или отсутствие смазки ходовых элементов.
- Маховик невозможно повернуть вручную. Заклинивание затвора из-за образовавшейся накипи и отложений.
- Для устранения данных неисправностей необходимо снять маховик (штурвал) с задвижки.
Как снять штурвал (маховик) с задвижки
Маховик в задвижке жестко соединен со шпинделем. Снять маховик с задвижки не очень сложно. Для этого необходимо открутить верхнюю стопорную гайку при помощи подходящего ключа. Далее снять маховик со шпинделя. В другом случае раскрутить ходовую гайку и снять штурвал со шпинделя. Снимается маховик легко в том случае, когда задвижка находится в состоянии близком к идеальному, т.е. контролировалась и обслуживалась регулярно в соответсвии с регламентирующими документами.
Но, не редки случаи когда снять маховик со шпинделя задвижки не так то и просто. Для этого прибегают к некоторым способам:
- отливают закисший маховик жидкостями, нейтрализующими ржавчину и накипь;
- обстукивают маховик;
- снимают штурвал при помощи съёмника;
- резко ударяют по маховику;
- срезают штурвал болгаркой.
Для предотвращения неисправностей и поломок трубопроводной арматуры необходимо постоянно контролировать техническое состояние всех элементов задвижки, в том числе и маховика. Нужно следовать документу "Регламент технического обслуживания", в котором регламентирована процедура проверки и обслуживания запорно-регулирующей трубопроводной арматуры.
Читайте также: