Водяные затворы и запорные клапаны. Разновидности трубопроводной арматуры: какая бывает

Каждый человек, независимо от того, где он живет, использует в своей жизни запорную арматуру. Любые трубопроводы всегда снабжены устройствами, делающими их и безопасной.

Запорная трубопроводная арматура предназначена для того, чтобы человек мог управлять потоком рабочей среды, движущейся по трубопроводу. Причем совершенно не важно, чем именно является рабочая среда – водой, паром, газом, нефтепродуктами, агрессивными веществами – без запорной арматуры эксплуатация трубопровода невозможна.

Виды запорной арматуры

Материалами, наиболее часто используемыми для производства запорных устройств, являются латунь, бронза, стали и

Основными характеристиками запорных устройств являются:

• диаметр присоединяемого к нему трубопровода;
• величина избыточного давления в трубопроводе при температуре +20 градусов.

Существует несколько типов устройств, относящихся к запорной арматуре:

• заслонки;
• задвижки;
• вентили.

Для того чтобы определить необходимый тип арматуры, нужно знать, в каких условиях он будет работать. Это необходимо, потому водяных трубопроводов, газовых магистралей и систем, предназначенных для перекачки агрессивных веществ используются совершенно разные типы оборудования.

Виды запорных кранов

Запорные краны широко используются при устройстве любых трубопроводов. Они могут крепиться к трубам при помощи одного из двух видов соединения: фланцевого или муфтового. Случается, что патрубки кранов приваривают к трубопроводам.

Все краны делятся на:

• пробковые;
• шаровые.

Пробковый кран по форме напоминает усеченный конус. Это самый древний вид запорных устройств.
В настоящее время эти устройства используются в основном , рабочей средой которых являются:

• нейтральные и топливные газы;
• фенол;
• нефть;
• смазочные масла;
• вода.

Большими недостатками этих кранов являются:

• для управления краном необходим большой крутящий момент, что требует использования редуктора;
• во избежание прикипания крана к корпусу необходимо его постоянное обслуживание;
• герметичность крана зависит от такой сложной операции как притирание его к корпусу;
• велика вероятность неравномерного износа устройства, что угрожает герметичности системы.

Шаровый кран представляет собой устройство, состоящее из корпуса и пробки. Корпус неподвижен, а пробка вращается, пропуская рабочую среду или перекрывая ее.

Шаровые краны различаются в зависимости от формы поверхности на:

• конические;
• сферические;
• цилиндрические.

При изготовлении шаровых кранов используют широкий ряд материалов: титан, чугун, сталь, цинк, керамику, пластмассу.
В основном областью их применения являются:

• для подачи воды и отопительные;
• устройства подключения бытовой техники, где необходимо периодическое поступление воды;
• развязки и ответвления трубопроводов;
• промышленные и пищевые установки.

Кроме того, надежность конструкции этих запорных устройств, их стойкость к перепадам температуры и некоторым химическим веществам, позволяют использовать эти , где рабочей средой являются агрессивные вещества.

Среди важных характеристик шаровых кранов есть такой показатель как способ монтажа. Согласно ему, краны могут быть:

• муфтовыми – используются в трубопроводах небольшого диаметра;
• фланцевыми – которые используют в трубопроводах диаметром больше 50 мм, выдерживают довольно большие нагрузки (могут использоваться в промышленности);
• штуцерными – легко выдерживают многократную разборку, поэтому используются в основном в промышленных установках;
• приварными – крепятся исключительно посредством сварки, используются в агрессивных средах;
• комбинированными – сочетают несколько вариантов крепления.

Запорные заслонки

Они используются в основном на трубопроводах большого диаметра при условии невысокого давления рабочей среды.

Запорным органом заслонки является диск, который способен вращаться вокруг собственной оси, расположенной перпендикулярно или под углом к направлению движения рабочей среды. Требования к герметичности заслонок значительно ниже, чем к кранам.

Управление заслонкой может быть:

• с помощью электропривода;
• с помощью гидропривода.

Как правило, корпус заслонки выполняется из чугуна, а поворотный диск делают из стали.

Стойкость чугуна к воздействию химических веществ позволяет устанавливать заслонки там, где перекачиваются щелочи, кислоты и корродирующие стоки.

Заслонки врезают в трубопровод при помощи фланцевого соединения или сварки. Это вид запорной арматуры практически не требует обслуживания.

Особенность заслонок является то, что они в состоянии пропускать рабочую среду, содержащую твердые частицы.

Запорные задвижки

Они предназначены для перекрытия потока неагрессивной рабочей среды с высокими показателями давления и температуры. Они чаще всего используются в системах магистральных трубопроводов, относящихся к жилищно-коммунальному хозяйству, в водо- и газоснабжении, нефтепроводах, на энергетических объектах.

Запорный элемент задвижки перемещается перпендикулярно направлению движения рабочей среды.
Задвижки, в зависимости от устройства рабочего органа, делятся на:

• клиновые – ввиду сильного трения в закрытом состоянии со временем могут терять герметичность;
• шиберные (параллельные) – используются при одностороннем движении потока рабочей среды при не слишком высоких требованиях к герметичности (используются на трубопроводах, транспортирующих стоки, шламы и другие среды с механическими примесями).

Наиболее часто используются задвижки, оснащенные электроприводом, который позволяет быстро перекрывать поток.

Преимуществами задвижек являются:

• небольшое гидравлическое сопротивление;
• простота конструкции;
• возможность использования в различных условиях;
• возможность пропускать поток в любом направлении;
• высокая герметичность;
• высокая ремонтопригодность.

Запорные вентили

Это широко используемая запорная арматура, предназначенная для полного перекрытия потока рабочей среды. Вентиль не в состоянии регулировать

Такое устройство как вентиль, должно всегда находиться в полностью открытом или полностью закрытом состоянии. Устанавливать его можно в любом положении.

Вентиль состоит из золотника, который находится на опускающемся шпинделе. При закрытии вентиля золотник опускается на седло и перекрывает поток. При этом запорный орган вентиля движется параллельно потоку, что предотвращает возникновение гидроудара.
По типу герметизации вентили делятся на:

• сальниковые;
• сильфонные;
• диафрагмовые.

Эти устройства снабжены патрубками, посредством которых их врезают в трубопровод. Если вентиль предназначен для работы в условиях высокого давления, он имеет толстые стенки и крепится к трубам посредством сварки.

Вентили больших размеров могут фланцев, а маленькие – при помощи муфтовых соединений. Управление вентилями может осуществляться как вручную, так и при помощи электродвигателя. Есть варианты с дистанционным управлением.

Чугунные муфтовые вентили используются при прокачке воздуха или воды, рабочая температура которых не превышает + 50 градусов.Латунные муфтовые вентили отличаются небольшим весом и хорошо показали себя в системах с высоким давлением. Перепады давления им не страшны.

Чугунные вентили с электромагнитным приводом используются на трубопроводах, по которым движутся вода или воздух с температурой не более + 50 градусов.

Арматура для агрессивных сред

При работе в условиях агрессивной среды наиболее часто используются вентили, благодаря герметичному примыканию седла и золотника и практически полному отсутствию трения.

В агрессивных средах очень хорошо показывает себя латунь, поэтому латунные муфтовые вентили наиболее часто используют в жидких средах.
При высокой температуре рабочей среды лучше использовать сильфонные вентили, способные выдержать нагрев до +350 градусов. Они очень надежны и гарантируют высокую герметичность в тех соединениях, где недопустима утечка рабочей среды в атмосферу.

В агрессивных средах очень важна коррозионная стойкость запорной арматуры, поэтому здесь нередко используют фарфоровые фланцевые вентили.

Его корпус полностью изготовлен из фарфора, а антикоррозионным покрытием является глазурь, нанесенная на его поверхность.

Встречаются в сложных и диафрагмовые вентили, имеющие защитное покрытие из резины.

Таким образом, зная особенности запорной арматуры, не так сложно подобрать те изделия, которые необходимые для работы в конкретных условиях.

Для того чтобы управлять потоками сред различного типа (жидкие, суспензионные, газожидкостные, газовые и порошкообразные), системы их транспортировки и хранения оснащаются специальной арматурой – трубопроводной.

Классификация, маркировка и требования стандартов

Трубопроводная арматура за счет своей способности изменять внутреннее сечение трубопровода позволяет эффективно управлять потоками различных типов сред. Так, ее использование дает возможность выполнять следующие операции:

• распределять фазы движения рабочих сред;
• осуществлять сброс потока;
• отключать подачу;
• обеспечивать смешивание нескольких потоков;
• осуществлять регулировку параметров потока;
• выполнять распределение рабочей среды.

Классификация арматуры строится на основе ее функциональных возможностей. Так, в зависимости от этого параметра трубопроводная арматура может быть следующих типов.

Регулирующего типа

С помощью такой трубопроводной арматуры изменяют параметры потока рабочей среды и, соответственно, его основные характеристики. В данной категории выделяют дроссельный и запорно-регулирующий типы. С помощью арматуры первого типа, которую часто называют редукционной, можно уменьшать рабочую нагрузку в трубопроводе, что делается за счет увеличения гидравлического сопротивления в его проточной зоне. Запорно-регулирующая трубопроводная арматура - это совокупность устройств, с помощью которых обеспечивается регулирование параметров рабочего потока и его перекрытие.

Запорного типа

Такую трубопроводную арматуру используют для герметичного перекрытия потока рабочей среды. Если она применяется для управления потоком рабочей среды в контрольно-измерительные агрегаты, то она называется контрольной. Есть еще и дренажная запорная арматура, за счет которой осуществляется сброс рабочей среды из трубопроводов или емкостей.

Смесительно-распределительного типа

Такая трубопроводная арматура обеспечивает смешивание потоков рабочей среды, а также их распределение по требуемым направлениям движения.

Защитная

Эту трубопроводную арматуру используют для защиты элементов системы от последствий, вызванных изменением параметров потока рабочей среды. Такие изменения чаще всего могут быть последствиями возникновения аварийных ситуаций в системе. Арматура этого типа может также обеспечивать защиту от смены направления движения рабочего потока.

Фазоразделительная

Это трубопроводная арматура, которая разделяет рабочую среду по различным фазовым состояниям. Она, например, может разделять перегретый пар и рабочую среду, задерживать конденсат (кондесатоотводчик), а также решать ряд других задач.

Предохранительная

Этот тип трубопроводной арматуры защищает систему от критического повышения давления рабочей среды.

Трубопроводную арматуру, согласно требованиям Государственного стандарта Р52720-2007, характеризуют два основных параметра:

• условное давление;
• условный проход.

Условное давление, обозначаемое Ру или PN, характеризует такое значение данного параметра, при котором емкости или трубопроводы могут эксплуатироваться в течение определенного периода времени при условии, что температура рабочей среды составляет +20 градусов Цельсия. Классификация трубопроводной арматуры и номинальные значения данного параметра оговорены Государственным стандартом 26349-84.

Значения условного прохода арматуры, который обозначается Ду или DN, характеризуют параметры элементов, входящих в состав трубопроводов. Допустимые величины данного параметра оговариваются Государственным стандартом 28338-89.

Другие параметры трубопроводной арматуры

Различаться трубопроводная арматура может и по области своего применения. Так, в зависимости от данного параметра она делится на следующие категории:

• общего назначения (производится серийно и может быть использована в большинстве отраслей промышленности);
• специального назначения (ее параметры оговариваются в индивидуальном порядке);
• санитарно-техническая (используется для оснащения бытового оборудования и производится на поточных линиях; к эстетичности и простоте эксплуатации арматуры данного типа предъявляются повышенные требования);
• для особых условий эксплуатации (предназначена для оснащения систем, к которым предъявляются повышенные требования; по таким системам, как правило, транспортируются агрессивные токсичные среды);
• для оснащения судостроительных и транспортных предприятий.

Различают несколько способов крепления трубопроводной арматуры к емкостям или трубопроводным системам. Так, она может крепиться с помощью:

• ниппеля (ниппелевая);
• фланцев (фланцевая);
• муфт с внутренней резьбой (муфтовая);
• штуцера (штуцерная);
• наружной резьбы (цапковая);
• резьбовых шпилек и гаек (стяжная).

Трубопроводную арматуру, кроме того, можно присоединять при помощи сварки. Именно такой способ обеспечивает максимальную герметичность соединения и не нуждается в предварительной подготовке поверхностей. Большим минусом этого способа является то, что при его использовании достаточно сложно выполнять обслуживание или ремонт элементов такого соединения.

Трубопроводную арматуру делят еще на несколько основных типов.

Поворотный клапан или вентиль

Запорный и регулирующий элемент в такой арматуре совершает возвратно-поступательные движения, перемещаясь параллельно направлению движения рабочего потока.

Дисковый (поворотный) затвор (гермоклапан)

Такой клапан, как понятно из его названия, выполнен в форме диска, ось которого располагается под углом или перпендикулярно направлению рабочего потока.

Задвижка

Рабочий элемент такого устройства перемещается перпендикулярно направлению движения рабочего потока.

Кран

Рабочий элемент такой регулирующей или запорной арматуры вращается вокруг своей оси, которая может иметь различное положение по отношению к направлению движения рабочего потока.

Методы производства, обслуживания и ремонта трубопроводной арматуры

Корпуса трубопроводной арматуры, которая выполняет запорные, защитные и любые другие функции, могут изготавливаться из следующих материалов:

• различные типы чугуна: серый, ковкий и высокопрочный;
• сплавы на основе титана;
• алюминий и его сплавы;
• сталь, в том числе легированная и нержавеющая;
• стекло;
• полимерные материалы, винипласт;
• сплавы на основе меди: бронза и латунь;
• керамические материалы, преимущественно фарфор;
• монель-металл.

Для того чтобы трубопроводная арматура успешно противостояла негативному воздействию рабочей среды, внутреннюю поверхность ее элементов покрывают различными защитными материалами, основными из которых являются:

• найрит или полимерные материалы;
• эмалевые покрытия;
• каучук;
• свинец.

Защитные функции, кроме этого, выполняют и уплотнительные элементы, для изготовления которых могут использоваться следующие материалы:

• фторопластовые соединения;
• баббит;
• резина;
• сплавы на основе меди - латунь и бронза;
• сормайт;
• нитрированная сталь;
• полимеры;
• эбонит;
• стеллит;
• сталь, преимущественно нержавеющая;
• натуральная кожа.

Трубопроводная арматура различного назначения может выполняться с механическим, дистанционным или автономным приводом управления.

В случае выхода элементов трубопроводной арматуры из строя, их практически никогда не ремонтируют, а просто заменяют на новые. Объясняется подобный подход тем, что ремонт таких элементов экономически нецелесообразен, особенно в тех ситуациях, когда по причине поломки простаивает весь трубопровод. Чтобы значительно продлить срок эксплуатации элементов трубопроводной арматуры и минимизировать риск их внезапного выхода из строя, достаточно регулярно проводить профилактические мероприятия и выполнять диагностику.

Мир трубопроводной арматуры огромен и разнообразен, и при первом знакомстве может показаться хаотичным и малопонятным.

Но если разобраться в принципах его классификации, предложенной в нормативных документах, он станет хорошо структурированным и упорядоченным. Классификация ─ очень удобный и полезный инструмент, отводящий каждому изделию свое место и позиционирующий его относительно других изделий, задач, которые он должен решать, принципиального устройства, особенностей конструктивного исполнения, использованных в нем материалов и т. д.

Применительно к трубопроводной арматуре можно говорить о двух основных принципах классификации ─ видах и типах трубопроводной арматуры.

Виды трубопроводной арматуры

Своего рода водоразделом между различными видами арматуры является ее функциональное назначение, в зависимости от которого она распадается на несколько крупных сегментов: запорная, обратная, предохранительная , распределительно - смесительная, регулирующая, отключающая.

Является одним из наиболее распространенных и востребованных видов . Благодаря ее использованию, удаётся той или иной степенью герметичности полностью перекрывать поток рабочей среды. Поэтому герметичность и ресурс герметичности служат базовыми показателями функциональности и качества запорной трубопроводной арматуры.

Применительно к запорной арматуре говорят о двух состояниях - «открыто» и «закрыто». Промежуточное положение рабочего органа может не предусматриваться.

Сфера ее применения чрезвычайно широка и охватывает морской транспорт, глубоководные аппараты, авиационную и космическую технику, атомную энергетику и, конечно же, кровеносные сосуды российской экономики ─ магистральные нефте- и газопроводы.

Современный трубопровод представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений, любые сбои в работе которых, чреватые нарушением нормального хода технологического процесса, могут привести к тяжелейшим экономическим и экологическим последствиям.

Повсеместное распространение запорной арматуры ярко иллюстрирует тот факт, что по умолчанию слова «запорный», «запорная» в сочетании с типом (подробнее о типах будет сказано ниже) арматуры не применяют. Например, не говорят «запорная задвижка», хотя именно задвижки являются самым распространенным типом запорной арматуры.

***
Обратная арматура (называть ее арматура обратного действия не рекомендуется) служит для автоматического предотвращения обратного потока рабочей среды.
***
Задача предохранительной арматуры ─ защитить оборудование от аварийного превышения давления или иных параметров рабочей среды посредством автоматического сброса ее избытка. Пожалуй, одним из самых ярких примеров предохранительной арматуры является предохранительный клапан, установленный на паровом котле.

Предохранительная арматура вносит весомый вклад в обеспечение безотказной работы и общей надежности систем трубопроводного транспорта, промышленных и энергетических установок. Она сводит на нет последствия выхода параметров рабочей среды за границы допустимого, по какой бы причине они не происходили: поломка оборудования, ошибка обслуживающего персонала, внутренние физические процессы или воздействие сторонних факторов.
***
С помощью происходит распределение потока рабочей среды по определенным направлениям и его смешивание. Впрочем, возможно полное «разделение труда». В этом случае трубопроводная арматура, предназначенная только для распределения потока, называется распределительной, а только для его смешивания ─ смесительной.
***
Очень важное место в общей номенклатуре трубопроводной арматуры занимает регулирующая арматура, обеспечивающая точное и надежное регулирование параметров рабочей среды, без чего невозможна организация экономичных и безопасных технологических процессов и формирование сложных многокомпонентных производственных цепочек.
Регулирующая арматура в своем «чистом» виде и в комбинации с запорной обеспечивает условия нормального функционирования оборудования и его хорошую управляемость на самых ответственных объектах, включая АЭС. На фоне усложнения условий работы в электроэнергетике (повышение начальных параметров теплоносителей, рост единичной мощности энергетических установок) ее актуальность только возрастает.
***
Отключающая арматура (иногда ее называют защитной) предназначена для перекрытия потока рабочей среды при превышении заданной, непредусмотренной технологическим процессом, величины скорости его течения за счет изменения перепада давления на чувствительном элементе. Отличие от предохранительной трубопроводной арматуры в том, что поток не стравливается, а лишь отключается конкретный элемент.
К комбинированной относится арматура, сочетающая функции вышеупомянутых видов. Они носят «говорящие» названия, из которых следует, функции каких видов арматуры они совмещают. Например, запорно-регулирующая арматура (не рекомендуется называть запорно-дроссельная ) или запорно-обратная арматура.
Невозвратно-запорная и невозвратно-управляемая арматура выполняют функцию обратной арматуры, в которой может быть осуществлено принудительное закрытие или ограничение хода запирающего элемента, а в невозвратно-управляющей ─ еще и ограничение его хода.

Типы трубопроводной арматуры

Основных типов арматуры еще меньше, чем видов ─ всего четыре: , клапан, кран, дисковый затвор. Принадлежность к каждому из них определяется конструктивными особенностями, выражающимися в направлении перемещения запирающего или регулирующего элемента относительно потока рабочей среды.

Тип арматуры, у которой запирающий или регулирующий элемент перемещается перпендикулярно к оси потока рабочей среды, носит название задвижка.

Клапан (лучше не называть его вентилем из-за неоднозначности и расплывчатости этого термина) ─ тип арматуры, у которой запирающий или регулирующий элемент перемещается параллельно оси потока рабочей среды.
В кране запирающий (регулирующий) элемент, выполненный в форме тела вращения или его части, поворачивается вокруг собственной оси (этому может предшествовать возвратно-поступательное движение) произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды.
В дисковом затворе имеющий форму диска запирающий (регулирующий) элемент поворачивается вокруг оси, расположенной перпендикулярно или под углом к направлению потока рабочей среды.
Каждый из этих типов поддается более детальному структурированию. Так, задвижки в зависимости от конструкции седла и затвора бывают клиновыми и параллельными, с выдвижным или невыдвижным штоком (шпинделем).
Клапаны с затвором в форме тарелки называют тарельчатыми, а в виде конусной иглы ─ игольчатыми. Кроме того, клапаны могут быть односедельными и двухседельными .
Краны разделяют на конусные, цилиндрические, шаровые.
У каждого из перечисленных типов трубопроводной арматуры свои преимущества и недостатки, а в соответствии с ними - более и менее предпочтительные области применения.
Так, особенностью задвижек являются значительная строительная высота (размер от горизонтальной оси проходного сечения корпуса арматуры до верхнего торца шпинделя, штока или привода при полном открытии арматуры), малая строительная длина (линейный размер арматуры между наружными торцевыми плоскостями ее присоединительных частей к трубопроводу или оборудованию), малое гидравлическое сопротивление, большое усилие на привод затвора, достаточно неторопливое срабатывание, а при загрязненных жидкостях - износ поверхности седла. Задвижки гораздо лучше справляются с ролью запорной арматуры, нежели регулирующей.
В отличие от задвижек самый распространенный вид трубопроводной арматуры ─ клапаны ─ обладают малой строительной высотой, большой строительной длиной, быстрым срабатыванием, значительным гидравлическим сопротивлением, высокой герметичностью. Клапаны входят в конструкцию большинства регуляторов.
Краны, так же как и клапаны, имеют малую строительную высоту и быстрое срабатывание. И как задвижки ─ малую строительную длину.
У дискового затвора (от названия «заслонка» правильнее воздержаться) малые строительная высота, строительная длина, усилие на привод затвора, гидравлическое сопротивление и быстрое срабатывание.

Разновидности трубопроводной арматуры

Подобно тому, как в математике множества распадаются на подмножества, виды арматуры можно структурировать на разновидности.

● разновидности по назначению и области применения

Самое большое из этих «подмножеств» ─ разновидности по назначению и области применения.
В качестве классификационных признаков могут быть использованы особенности эксплуатации - вакуумная арматура, криогенная арматура; или особенности функционирования, например, отсечная арматура (запорная арматура с минимальным временем срабатывания). Основанием для разделения также являются: место установки (приемная арматура ─ обратная арматура, устанавливаемая на конце трубопровода перед насосом) и наличие дополнительных опций (арматура с обогревом).
Но наиболее весомая причина разделять трубопроводную арматуру на разновидности ─ ее назначение: контрольная арматура, противопомпажная арматура, редукционная арматура, спускная арматура, пробно-спускная арматура и т. д.
Области применения трубопроводной арматуры не могут не накладывать на нее особые требования. Арматура, используемая в газовом хозяйстве, должна быть герметичной в связи с высокой пожаро- и взрывоопасностью являющегося в данном случае рабочей средой ─ газа.
Трубопроводная арматура для нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей из-за достаточно высокой химической агрессивности нефти должна обладать повышенной коррозионной стойкостью. Еще более агрессивная среда, включая концентрированные кислоты и щелочи, воздействует на трубопроводную арматуру, применяемую в химической промышленности.

● разновидности по присоединению к трубопроводу

По этому признаку арматуру разделяют на фланцевую, бесфланцевую , межфланцевую (т. е. бесфланцевую , устанавливаемую между фланцами трубопровода). Муфтовая арматура снаряжена присоединительными патрубками с внутренней резьбой. Арматура под приварку - патрубками для приварки к трубопроводу. Присоединительные патрубки есть и у штуцерной арматуры.

● разновидности по конструкции и формообразованию корпуса

Исходя из положения патрубков, можно говорить о проходной арматуре (присоединительные патрубки соосны или взаимно параллельны) или угловой арматуре (оси входного и выходного патрубков расположены перпендикулярно или не параллельно друг другу). Производится также арматура со смещенными осями патрубков.

Если площадь сечения проточной части меньше площади отверстия входного патрубка ─ это неполнопроходная арматура. Если примерно равна или больше ─ полнопроходная арматура.
По методу изготовления корпусных деталей выделяют арматуру литую, литосварную , литоштампосварную , штампосварную .

● разновидности по типу уплотнений

Арматура, у которой герметизация штока, шпинделя или иного подвижного элемента относительно окружающей среды обеспечивается сальниковым уплотнением, носит название сальниковая арматура.

Арматура, у которой для герметизации сальниковое уплотнение не применяется, называется бессальниковой арматурой. В этот разряд попадают сильфонная и мембранная арматура.

Алфавиты большинства языков мира содержат по несколько десятков букв. Но это не помешало им накопить сотни тысяч слов, с использованием которых написаны миллионы книг. Так и с трубопроводной арматурой ─ ее невероятное разнообразие складывается из сравнительно небольшого, измеряемого единицами, иногда десятками, количества классификационных единиц. И появилось оно не случайно, а в силу необходимости дать ответ на огромное количество вопросов, найти алгоритм решения большого числа задач.
Трубопроводной арматуре предъявляется столь широкий набор требований, что зачастую технические решения, с помощью которых можно добиться их выполнения, вступают в конфликт между собой, и появление большого числа разнообразных конструкций является одним из путей его преодоления. А классификация ─ лучший способ в этом разнообразии не потеряться.

Арматура для трубопроводов — сортамент конструкций, устанавливаемых на трубопроводы с целью управления транспортируемой средой посредством изменения фактической площади проходного сечения трубы. Технические требования и номенклатура трубной арматуры промышленного и бытового типа приведены в нормативном документе ГОСТ №52720 «Арматура трубопроводная».

В данной статье представлена классификация трубопроводной арматуры. Мы рассмотрим ее разновидности, функциональное назначение, конструктивные особенности и изучим маркировку арматурных изделий.

Cодержание статьи

Классификация трубной арматуры

Согласно положениям ГОСТ, трубная арматура разделяется на группы исходя из следующих факторов:

• функциональное назначение;
• сфера применения;
• способ управления устройством;
• способ соединения с трубопроводом;
• принцип герметизации.

Основной параметр классификации — функциональное назначение, согласно ему выделяют следующие виды трубопроводной арматуры:

1. Запорная арматура — конструкции, предназначенные для полного перекрытия потока циркулирующей по трубопроводу среды. Запорные изделия, в свою очередь, делятся на — спускную арматуру (используется для удаления транспортируемой среды из трубопровода) и контрольную арматуру (перекрывает поток и подает рабочую среду в контрольно-измерительные приборы).
2. Регулирующая арматура — применяется для регулировки пропускной способности трубопровода. Делится на дроссельную — за счет увеличения гидравлического проточного сопротивления, и запорно-регулирующую — объединяет в себе функции двух видов арматуры, наиболее часто используемая трубная арматура на сегодняшний день.
3. Защитная (отсечная) арматура — установка отсечной арматуры выполняется для защиты подключенного к трубопроводу оборудования и самой магистрали в аварийных ситуациях. Арматура перекрывает и отключает вышедшею из строя часть трубопровода из кольца циркуляции, что дает возможность произвести требуемые ремонтные работы. Разновидностью защитной арматуры является , которая предотвращает возможность обратного потока циркулирующей среды.
4. Предохранительная арматура — конструкции, в автоматическом режиме сбрасывающие избыток давления в системе, что защищает оборудование и магистраль от перегрузок.
5. Распределительная арматура — установка выполняется в два смежные трубопровода при необходимости объединения и смешивания их потоков.
6. — конструкции, используемые для либо разводки магистрали на несколько каналов. К данной группе относятся всевозможные , отводы, крестовины и т.д. Материал изготовления соединительной арматуры соответствует материалу трубопровода (налажено производство как стальных, так и полипропиленовых и полимерных изделий).

В зависимости от сферы применения, вся трубопроводная арматура делится на промышленную и бытовую. Бытовая арматура применяется для газовых трубопроводов , водопроводов и труб отопления. Класс промышленной арматуры, в свою очередь, делится на следующие группы:

• паровая;
• водяная;
• нефтяная;
• химическая;
• газовая;
• пищевая.

В отдельную подгруппу относится судовая арматура, используемая на военных и гражданских кораблях, которая имеет повышенный класс надежности.

По способу управления трубопроводная арматура делится на два вида — автоматическая и управляемая. Управляемая арматура может иметь несколько типов приводов:

• ручной привод;
• механический привод (электрического, пневматического, гидравлического либо электромагнитного типа);
• дистанционный привод — регулирующая конструкция, которая удалена от арматуры и соединяется с ней посредством передачи (вала, троса, шестеренок либо подшипников)

В зависимости от способа присоединения к трубопроводу, трубозапорная арматура бывает:

• фланцевой;
• муфтовой;
• цапковой;
• штуцерной;
• приварочной.

Последний фактор классификации — принцип герметизации арматуры , согласно которому конструкции делятся на:

• сальниковые — в месте стыка арматуры и торцевой части трубопровода размещаются сальники из асбеста, графита, фторопласта либо ;
• сильфонные — вместо эластичных материалов для уплотнения используются металлические ;
• мембранные — конструкции, в которых мембрана одновременно выполняется уплотнительную и запорную функцию;
• шланговые — в качестве уплотнительного материала используется пережимаемый резиновый шланг.

Маркировка трубопроводной арматуры

Маркировка трубопроводной арматуры выполняется в соответствии с положениями ГОСТ №4666-75 «Арматура трубопроводная». Маркировка состоит из ряда чередующихся букв и цифр , пример — 30с941нж2, где:

• 30 — тип арматуры (задвижка);
• с — материал изготовления (углеродистая сталь);
• 9 — тип привода (электрический);
• 41 — номер модели;
• нж — тип уплотняющего материала (сильфонный уплотнитель из нержавеющей стали);
• 2 — вариант исполнения.

Расшифровку каждой номенклатурной составляющей маркировки вы можете найти в таблицах ЦКБА (Центральное конструкторское бюро арматуростроения).

Принцип работы трубопроводной арматуры (видео)

Типы трубопроводной арматуры

Запорная трубопроводная арматура, наиболее распространенная разновидность арматурных изделий, имеет несколько конструктивных вариантов исполнения. Трубозапорная арматура делится на следующие типы:

• заслонка (дисковый затвор);
• вентиль (клапан);
• кран.

Функционирование трубопровода требует его постоянного обслуживания. Для этого используют разные виды трубопроводной арматуры - предохранительную, спускную, запорную и т.д. К примеру, чтобы частично или полностью перекрыть движение рабочей среды в системе, применяют запорную арматуру для трубопроводов. О характеристиках и типах арматуры трубопроводов будет рассказано в этой статье.

Виды арматуры для трубопроводов

Выделяют следующие виды трубной арматуры:

• регулирующая;
• запорно-регулирующая;
• невозвратно-запорная;
• запорная;
• предохранительная;
• обратная;
• невозвратно-управляемая;
• смесительно-распределительная;
• дренажная (спускная);
• отводная;
• отключающая (защитная);
• редукционная (дроссельная);
• фазоразделительная;
• контрольная.

Как нетрудно догадаться, каждая разновидность продукции предназначена для определённых целей, которым соответствует и устройство трубопроводной арматуры.

Например, запорную трубопроводную арматуру используют для перекрытия движения рабочей среды (или совокупности сред) с целью проведения профилактических работ в сети.

Предохранители служат для защиты трубопровода от превышения рабочего давления, в результате которого система может выйти из строя, путём сброса излишков перемещаемой среды.

Регулирующая арматура предназначена для поддержания нужного количества носителя с помощью изменения его расхода.

Возникновение возвратного потока, снижающего производительность системы, предотвращается обратными элементами (в частности, невозвратно-запорными и невозвратно-управляемыми).

Сброс из трубопроводной системы рабочей среды осуществляется путём использования спусковых, или дренажных, приспособлений.

Разделение фаз (при условии, что в трубах перемещается несколько фазовых состояний среды) производится при помощи фазоразделительных элементов.

Рабочее давление в системе при необходимости снижается благодаря применению редукционной арматуры.

Типы трубопроводной арматуры

Сфера использования арматуры для трубопроводов достаточно широка, она используется во всех типах промышленных трубопроводов, в том числе и в технологически опасных производствах (при перемещении ядовитых, взрывчатых, экологически опасных веществ). Поэтому характеристики трубопроводной арматуры должны полностью соответствовать государственным стандартам безопасности. Обычно производством таких изделий занимаются крупные предприятия.

Сообразуясь с планируемым применением трубной арматуры, выделяют продукцию:

1. Общетехнического применения.
2. Для особых условий.
3. Промышленную специальную.
4. Судовую и транспортную.
5. Промышленную сантехническую.

Изделия общего назначения производятся серийно и могут применяться в любой сфере производства.

Судоходство и транспортные перевозки осуществляются в разном климате и при варьирующихся габаритах транспортных средств, которым должна соответствовать судовая или транспортная арматура.

Промышленные сантехнические элементы, как можно догадаться, используются при установке и эксплуатации промышленной сантехники.

Условия производства арматуры

Материал изготовления трубопроводной арматуры определяется будущей областью её применения. Если система (или участок системы) будет работать при давлении до 1,6 МПа, используется ковкий чугун; если больше - сталь. Для трубопроводов небольшого сечения используются высококачественные медные сплавы, благодаря которым не допускается коррозия элементов и прикипание арматуры к трубам.

Следует отметить, что производство арматурных элементов - дело сложное и высокотехнологичное, поэтому должно осуществляться на специальном промышленном оборудовании.

Для производства изделий необходимы:

• печь;
• пресс специального назначения;
• станок для диагностики;
• стол, на котором осуществляется сборка;
• токарный станок;
• сверлильный станок;
• конвейер;
• воздушный компрессор для покраски изделий;
• вспомогательные инструменты и приспособления.

Запорные устройства: классификация и применением

Основные виды запорной арматуры для трубопроводов - задвижки, вентили, клапаны, краны и затворы. Для задвижек характерно движение запирающего элемента под прямым углом к продольной оси трубы, для клапанов - параллельно.

Вентили

Возможно применение вентилей на запорных изделиях диаметром до 0,3 м. Часто они применяются в конечных (тупиковых) участках системы во время ремонта. Запирающий элемент, нередко представляющий собой тело вращения или его часть, поворачивается вокруг оси, расположенной по отношению к оси трубы под произвольным углом. Могут использоваться вентили в качестве не только запорной, но и регулирующей арматуры.

Задвижки

Задвижки - это запорные элементы небольшой длины, предназначенные для работы в системах с малым гидравлическим сопротивлением.

По конструкции они бывают клиновыми (с составным, упругим, цельным клином) и параллельными (шиберными). В системах с небольшим давлением применяются задвижки последнего типа.

Основное предназначение задвижек - выполнять запорные функции; в большинстве случаев как регулирующие элементы они не используются. Во время работы задвижки могут быть выставлены в две возможные позиции: закрыто или открыто.

Лучше всего применять такие элементы в полнопроходных системах, то есть при отсутствии уменьшения сечения труб в патрубках. Например, задвижки идеальны для использования в магистральных трубопроводах, где рабочая среда перемещается непрерывно и с высокой скоростью.

Отличительная конструктивная особенность задвижки – присутствие шпинделя, который, в зависимости от конструкции, выдвигается или нет.

Как уже отмечалось, задвижки бывают двух основных типов: шиберные и клиновые.

В конструкцию шиберных элементов включён металлический клин, при движении разрезающий инородные элементы рабочей среды. Шиберными задвижками оснащаются трубопроводы для фекальных стоков, целлюлозно-бумажного производства и т.д.

В случае же необходимости проведения периодического ремонта элементов системы устанавливают клиновые задвижки, состоящие из чугунного корпуса, внутри которого установлен соединённый с клином вращающийся шпиндель. Клиновые задвижки используют при обслуживании систем транспортировки газов и жидкостей, не реагирующих с материалом изготовления трубопровода. Корпус и крышка таких изделий свариваются из вырезанных из листовой коррозионностойкой или углеродистой стали деталей.

Закрыванием и открыванием задвижек можно управлять вручную или при помощи электроприводов – гидравлических, пневматических или электрических. При регулировании положения элемента вручную следует позаботиться и об установке редуктора, позволяющего не затрачивать на процесс слишком много сил.

Клапаны

Предназначение клапанов – открываться и закрываться при определённых условиях, например, при достижении какого-либо уровня давления или смене направления движения рабочей среды.

Изделия подразделяют на одно- и двухсёдельные, причём обычно в производстве используется второй тип, одновременно осуществляющий распределительные и регулирующие функции.

Основываясь на направлении протекания рабочей среды, клапаны делят на угловые (направление меняется на 90°), проходные (направление не меняется) и прямоточные (линия движения среды выпрямляется).

Чтобы полностью перекрыть движение потока внутри труб, используют запорные клапаны. Эта арматура обеспечивает максимальную надёжность и герметичность системы.

Если возникает необходимость не допустить смены движения рабочей среды (к примеру, при выходе из строя насоса и повреждении или обрыве несущего канала), используют обратные клапаны.

С помощью регулирующих клапанов можно контролировать количество подаваемой в систему жидкости или газа, изменяя размер входного отверстия.

Запорно-регулирующие клапаны, как ясно из названия, осуществляют одновременно две функции.

Все клапаны, при условии надлежащего качества изготовления и установки, пригодны для работы в вакууме, коррозионных средах, в условиях повышенных температуры и давления. Эту трубопроводную арматуру сравнительно просто ремонтировать и обслуживать.

Краны

Более универсальный вариант трубопроводной арматуры – краны. Их можно использовать как запорные, регулирующие или распределительные устройства. Подходят краны для любых, в том числе вязких, жидкостей и газов. Ремонт этих приспособлений требует больших усилий и наличия опыта.

Краны состоят из затвора (или пробки) шарообразной, конусообразной или цилиндрической геометрии, с отверстием в центре, и корпуса. Производятся эти запорные элементы из латуни, бронзы, чугуна и стали, а в случае более агрессивных внутренних условий – из фарфора или специального пластика.

Краны принято подразделять на группы в зависимости от:

• направления движения потока и количества патрубков (проходные, трёхходовые, угловые, многоходовые);
• принципа движения затвора (с отжимом, или подъёмом, или с вращением, без подъёма, затвора);
• способа управления (ручные, с электро-, пневмо-, гидроприводами);
• геометрии затвора (игольчатые, конусные, шаровые, цилиндрические);
• способа обеспечения герметичности (сальниковые или натяжные).

Основное преимущество крана – возможность регулировать объём потока. Если задвижка работает только в двух режимах – открыто или закрыто – то устройство крана позволяет, изменяя положение отверстия затвора относительно оси движения рабочей среды, добиваться полного прекращения, усиления или ослабления потока. Поэтому кран может служить одновременно и запорным, и регулирующим устройством.

Затворы: практика использования

Затворы – главнейшая часть запорной арматуры любого типа. Именно благодаря исправности затвора возможно своевременное и полное (или, при необходимости, частичное) перекрытие движения в трубопроводе потока жидкости или газа.

Соответственно, при неисправности или некачественном изготовлении затвора последствия могут быть любыми – от незначительной, безвредной течи, устраняемой простой заменой элементов конструкции, до полноценной экологической катастрофы или взрыва носителя. Поэтому особое внимание уделяется материалу изготовления затворов и условиям их эксплуатации.

Наиболее часто встречающийся тип затворов – дисковые. Они применяются в системах отопления, водоснабжения, подачи пара, неагрессивных рабочих сред или продуктов нефтепереработки. Применяются и фланцевые затворы, отличительной особенностью которых является наличие в конструкции фланца.

Затворы можно изготавливать из чугуна, однако использование стальных изделий (из легированной, нержавеющей или углеродистой стали) предпочтительнее.

Стальные затворы обладают рядом значимых преимуществ:

• возможна работа при температуре до -60°С;
• такие затворы могут работать в среде температурой до 700°С;
• предназначены для использования в агрессивных рабочих средах;
• выдерживают большое давление (до 10 МПа).

Как поворотные механизмы затворы отличаются:

• простотой установки и ремонта;
• компактностью (их можно крепить в ограниченных пространствах);
• небольшими, по сравнению с задвижками, весом и габаритами;
• простотой замены при износе изделия при большом сроке годности;
• невысокой ценой;
• отсутствием угрозы заклинивания или прикипания во время использования.

Можно сказать, что запорная арматура, при простоте и сравнительно небольшой цене продукции, является не только полезнейшим элементом конструкции трубопровода, но и главной гарантией безопасности как работы системы, так и здоровья и жизни обслуживающего персонала. Ведь именно благодаря запорным элементам можно вовремя остановить утечку опасной жидкости или ядовитого газа и перекрыть движение среды в нужной точке, не нарушая всего цикла работы системы.

Поэтому к выбору, качеству и установке запорной арматуры следует подходить как можно ответственнее, сообразуя свои решения не только с ценой изделий или страной происхождения, но и с предварительно произведёнными расчётами. И, разумеется, нельзя забывать о своевременном обслуживании и плановой замене столь важных для любого трубопровода элементов.