Задвижки — обзор.

Задвижка — запорная трубопроводная арматура, у которой запорный элемент перемещается поперек потока рабочей среды.

Применение задвижек

Задвижки имеют большое распространение и применяются для трубопроводов с условным диаметром прохода от 15 до 3000 мм. Положительными качествами задвижки являются относительная простая конструкция при низком гидравлическом сопротивлении.

У задвижек коэффициент гидравлического сопротивления находится обычно в пределах 0,08-г-0,2, в то время как у вентилей он составляет 2…5 и более. Малое гидравлическое сопротивление делает их особенно ценными для трубопроводов, через которые постоянно движется жидкая среда с большой скоростью (магистральные трубопроводы).
Недостатком задвижек является их большая строительная высота.

Разновидности задвижек

В настоящее время имеется множество разновидностей задвижек. Они обычно изготовляются полнопроходными, т. е. диаметры отверстий в присоединительных патрубках не сужаются. В некоторых случаях, с целью экономии металла, уменьшения моментов, требуемых для закрывания задвижки, применяются суженные задвижки

У этих задвижек диаметры отверстий в корпусе меньше диаметра отверстий во фланце. Суженные задвижки имеют больший коэффициент гидравлического сопротивления, чем полнопроходные.

Сужение прохода в задвижке, как правило, выполняется симметрично с обеих сторон, но может быть выполнено и несимметрично. Это является недостатком — задвижку такой конструкции следует устанавливать на трубопроводе более пологим конусом в сторону движения рабочей среды.

Задвижку с симметричным сужением можно устанавливать любой стороной к направлению потока.
Большое значение для работы задвижек имеет место расположения ходового узла — внутри или вне полости корпуса, погружен ли он в рабочую среду или находится вне ее.

По этому признаку задвижки подразделяются на конструкции с выдвижным и невыдвижным шпинделем. У первых задвижек ходовая резьба шпинделя и гайки находится вне полости задвижки. У вторых — внутри.

Нормальная работа резьбовой пары шпиндель— ходовая гайка в задвижках может протекать лишь при постоянном наличии смазки и систематическом техническом обслуживании конструкции. Это выполнимо только в том случае, если ходовой узел доступен для технического обслуживания.

В задвижках с невыдвижным шпинделем ходовой узел погружен в рабочую среду, к нему закрыт доступ, он подвержен действию коррозии и абразивных частиц рабочей среды. В связи с этим задвижки с невыдвижным шпинделем имеют ограниченное применение. Они используются в трубопроводах для перекачки минеральных масел, нефти и воды без твердых примесей.

Поскольку в задвижках с невыдвижным шпинделем затруднены наблюдение и уход за ходовым узлом, они не рекомендуются для ответственных объектов. Задвижки с невыдвижным шпинделем имеют меньшую строительную высоту. Это делает целесообразным их применение для подземных коммуникаций, колодцев и т. д.

Конструкция задвижек

В зависимости от конструкции запорного органа задвижки (расположения в нем уплотнительных колец) они подразделяются на параллельные (шиберные) и клиновые задвижки. Имеется еще тип задвижек – это шланговые.

У шиберных задвижек уплотнительные кольца установлены параллельно друг к другу, у клиновых задвижек — они установлены под небольшим углом друг к другу и образуют клин.
Шиберные задвижки могут иметь затвор в виде одного диска. Также в виде листа или двух дисков, между которыми установлены распорный клин или пружина.
Клиновые задвижки могут изготовляются с цельным клином как жестким, так и упругим. А также и составным клином, который образован двумя дисками. Эти диски расположены под углом друг к другу и образуютклин.

использование жесткого клина в задвижках клиновых с малыми диаметрами обеспечивает надежную конструкцию запорного органа. Однако при колебаниях температуры рабочей среды может быть заклинивание затвора.

Кроме того, пригонка жесткого клина к корпусу клиновой задвижки значительно более трудоемка, чем пригонка двухдискового клина. В связи с этим преимущество имеет вторая конструкция клиновой задвижки.

Шланговая задвижка: канал для прохода рабочей среды выполнен из эластичного материала (шланг с фланцами). Закрытие задвижки производится путем пережатия шланга с помощью плунжера.

Материалы изготовления задвижек

Задвижки изготавливают из чугуна, стали, пластмассы, из цветных сплавов.
Стальные задвижки изготовляются с литыми и сварными корпусом и крышкой, а также из деталей (корпус, крышка), изготовляемых из штампованных элементов или листового проката, соединенных сваркой.

Штампосварной способ обеспечивает возможность получать детали из прочного и тщательно проконтролированного металла, поэтому применяется для ответственных объектов (в атомной энергетике).

Конструктивные особенности задвижек

Поперечное сечение корпуса задвижки может иметь вид прямоугольника, овала или круга. Такое же сечение, как правило, имеет и соответствующая крышка.
Под действием внутреннего давления среды стенки плоских и овальных корпусов и крышек задвижек начинают деформироваться, приближаясь к форме цилиндра, которая наиболее благоприятна для восприятия внутреннего давления.

Плоские и овальные формы сечения корпусов задвижек используются лишь для арматуры, работающей при небольших давлениях. Можно примерно считать, что задвижки с плоским корпусом применяются при давлении до 0,4 МПа, чугунные задвижки с овальным корпусом – при давлении до 1,0 МПа, стальные – до 1,6 МПа.

При больших давлениях применяются задвижки с круглым сечением корпуса. Для увеличения жесткости плоских и овальных корпусов и крышек они снабжаются ребрами жесткости. Задвижки с круглым корпусом ребер не имеют. Ребра можно располагать как внутри, так и снаружи. Изготовление внутренних ребер технологически несколько сложнее, чем наружных. В наружных ребрах, расположенных вдоль длинной стенки поперечного сечения корпуса, под действием давления среды создаются напряжения растяжения, во внутренних – напряжения сжатия.

Допускаемые напряжения сжатия для чугуна значительно больше допускаемых напряжений растяжения, поэтому задвижки чугунные с внутренними ребрами при тех же размерах и условиях работы прочнее, чем задвижки с наружными ребрами. Поэтому задвижки чугунные стараются снабжать ребрами, расположенными внутри.

Для стальных задвижек расположение ребер снаружи или внутри равнозначно для прочности, поэтому их чаще выполняют с наружными ребрами, изготовление которых проще. Ребрами жесткости снабжаются также диски и клинья больших задвижек.

В задвижках используются:
• ручной привод;
• электрический привод;
• гидравлический или пневматический приводы.
Для уменьшения необходимого усилия на маховике ручного привода em > задвижки используют редуктор с червячной или с конической и цилиндрической зубчатой передачей.

Приводы электрический и гидравлический (пневматический) имеют ручной дублер управления для того, чтобы была возможность управлять задвижкой при отсутствии электрической энергии или давления в системе управления гидравлическим или пневматическим приводами.

Задвижки с большими условными диаметрами прохода и при больших давлениях рабочей среды для снижения усилия, необходимого при открывании задвижки, а также уменьшения вероятности возникновения гидравлического удара в системе снабжаются наружным обводом (байпасом).

Все задвижки снабжаются сальниковым или металлическим сильфонным уплотнением шпинделя. На задвижках с малыми условными диаметрами прохода, работающих на коррозионных и абразивных средах, имеются попытки применить сильфоны из пластмассы.

Задвижки, так же как и вентили, часто снабжаются верхним уплотнением для отключения камеры сальника от полости задвижки.

Соединение задвижек с трубопроводом

Соединение задвижек с трубопроводом наиболее часто осуществляется с помощью фланцев. Стальные задвижки могут соединяться с трубопроводом сваркой. Отсутствие фланцев и разъемного соединения с прокладкой в em > задвижке ликвидирует возможные протечки в стыках, снижает массу задвижки, уменьшает количество деталей, необходимых для соединения, так как нет необходимости применять и иметь запасные при эксплуатации задвижки прокладки, болты, гайки и шайбы.

Однако демонтаж приварной задвижки для ремонта несколько усложняется. Эксплуатация подтвердила целесообразность применения сварного соединения стальных задвижек с трубопроводом. Задвижки с малыми условными диаметрами прохода ( < : 80 мм) могут иметь муфтовое присоединение.

Задвижки канализационных систем для присоединения к чугунным или неметаллическим трубопроводам снабжаются специальными раструбами, а герметизация соединения осуществляется резиновым кольцом, устанавливаемым на трубе, которое защемляется в коническом раструбе при монтаже задвижки.

Крышка к корпусу задвижки, как правило, присоединяется при помощи фланцев. В энергетической арматуре с условным проходом? 400 мм получило применение бесфланцевое соединение крышки с корпусом. В связи с тем, что разборка такого соединения затруднена для арматуры с большим условным диаметром прохода, такое соединение нежелательно.

Особенности эксплуатации задвижек

При неблагоприятных условиях эксплуатации уплотнительных колец для предохранения от коррозии и возможного задирания металла рабочих поверхностей, используются параллельные задвижки с использованием смазки. Смазка несколько повышает также герметичность запорного органа задвижки.
Для абразивно-коррозионных сред, например в электрометаллургии, применяются клиновые задвижки, у которых клин и внутренняя полость корпуса и крышки облицованы листовой кислотостойкой резиной.

В энергетике однодисковые параллельные задвижки (шиберные задвижки) соответствующей конструкции используются для регулирования и дросселирования воды и пара высоких параметров.

В процессе эксплуатации задвижки часто бывает необходимо знать, в каком положении затвор (открыт или закрыт запорный орган) и какова степень открытия задвижки.
Для этой цели, задвижки (и другие типы арматуры) снабжают указателем подъема затвора. Указатель может иметь линейную или круговую шкалу.

При управлении задвижками на шпинделе возникают значительные осевые усилия, воспринимаемые буртом шпинделя или гайки. В опоре возникают большие моменты трения, для снижения которых предусматривают подшипники качения. Этим значительно снижается необходимая мощность привода, необходимая для управления задвижкой.