Что такое клиновая задвижка? Описание конструкции и принципов действия.

Классификация задвижек

Шиберные задвижки обладают способностью пропускать большие объёмы рабочих материалов, а также осуществлять фильтрацию, измельчение проходящих через них примесей и дозирование полезных компонентов.

Исходя из этих возможностей и особенностей принципа работы входящих в их конструкцию узлов, изделия широко применяются в системах отвода канализационных вод, в технологических трубопроводах химических, нефтегазодобывающих, строительных, целлюлозно-бумажных, горнодобывающих производств.

Шиберные задвижки типа ЗМС используются для перекрытия напорных линий в оборудовании фонтанного, устьевого и нагнетательного типа, манифольда буровых установок.

Внимание! Шиберные задвижки всегда устанавливаются в вертикальном положении, так чтобы ножевые пластины располагались перпендикулярно ходу рабочего потока.

Металлический шибер представляет собой плиту или острую отполированную и заточенную пластину, имеющую форму ножа или гильотины. На его острых концах установлены крепкие уплотнители (металлические или синтетические), повышающие износостойкость основной рабочей детали, особенно при функционировании в агрессивных средах с большим количеством крупных гранул и примесей.

При производстве уплотнителей используют синтетические материалы, стойкие к химическим воздействиям и перепадам температур:

• нитриловую резину;
• этиленпропилендиеновый каучук;
• эластомеры для горячих сред;
• кремнийорганическую резину.

Задвижки шиберного типа имеют простой и одновременно надёжный принцип работы. Он заключается в передачи усилия от воздействия ручного, автоматизированного или механического механизма управления на шток или шпиндель, который в свою очередь приводит в движение шиберный элемент для полного или частичного перекрытия проходного отверстия.

Наглядно принцип работы шиберной задвижки показан на видео.

При этом шпиндель может иметь выдвижную и невыдвижную конструкцию. Герметичность выдвижного штока обеспечивается сальником, изготовленным из синтетических хлопчатобумажных волокон, графита и др.

Для того, чтобы обеспечить технологические потребности всей трубопроводной отрасли, задвижки выпускаются с разными техническими характеристиками и разного назначения. Они различаются по:

•                     конструкции;
•                     типу привода;
•                     материалу изготовления;
•                     присоединительным размерам;
•                     типу присоединения;
•                     температурному режиму работы;
•                     виду транспортируемого вещества в трубе;
•                     климатическому исполнению;
•                     классу герметичности;
•                     конструкции клина;
•                     диаметру проходного отверстия;
•                     показателю максимального давления в системе;
•                     типу уплотнительных поверхностей затвора;
•                     типу уплотнений крышки и сальника.

Как видно из списка выше, задвижки имеют широкий диапазон характеристик. Чтобы упростить выбор изделия для конкретного производства со всеми его особенностями, установлен единый порядок маркировки устройств запорной арматуры. Он указан в документе СТ ЦКБА 036-2023.

Кроме того, заводы-изготовители дополнительно комплектуют задвижки информационными табличками, отражающими основные технические и эксплуатационные характеристики изделия. В следующих разделах обозначениям будет уделено достаточно внимания. Но сначала давайте познакомимся с конструкцией задвижки и ее принципом действия.

Общие принципы работы

Существует множество конструктивных типов запорных устройств, обеспечивающих плавное перекрытие потока. Что касается задвижек, то их принцип работы на трубопроводе основан на перпендикулярном перемещении запирающего или регулирующего органа относительно оси потока содержимого в системе вещества.

Конструктивно задвижка представляет собой цельный литой или сварной корпус, который удерживает во внутренней полости определённую часть рабочей среды.

Для присоединения к процессу он оснащается входным и выходным патрубками с концами под монтаж фланцев, муфт, для цапковых или штуцерных соединений, а также под приварку.

Корпусные детали изготавливаются из чугуна, разных марок стали или цветных металлов, покрываются для защиты от коррозии со всех сторон эпоксидным покрытием.

Внутри корпуса размещается затвор, состоящий из подвижных и неподвижных элементов (2-х кольцевых сёдел), которые в совокупности образуют площадь проточной части и плотное соединение всех деталей, препятствующее протеканию рабочего вещества.

В основном запорный орган имеет вид:

• клина;
• прямоугольной пластины (шибера);
• диска (одного или двух).

В момент перекрытия прохода усиливается давление среды, воздействующее с одной стороны на затворный узел с довольно значительной силой, которая затем передаётся на уплотнительные плоскости сёдел и затвора.

Чтобы снизить негативное влияние этого воздействия для передачи крутящего момента от привода или маховика к запорному органу используется вращающийся вал (шпиндель), который ввинчивается одним концом в ходовую гайку, закреплённую вверху запирающего органа, а другим жёстко соединяется с маховиком.

Наличие такой системы, функционирующей по принципу работы соединений «винт» — «гайка», обеспечивает передачу большего усилия и герметичность перекрытия потока рабочей среды, а также препятствует самопроизвольному перемещению затвора в момент отключения привода.

Для герметизации отверстия в месте выдвижения шпинделя из корпуса во внешнюю среду используется специальный уплотнитель, работающий по принципу сальника или сильфона.

Для управления устройствами небольшого диаметра до ДУ 200 мм используют маховик, в изделиях с большими условными проходами шпинделю нужно сделать очень много поворотов прежде, чем произойдёт подъём и опускание затвора.

Вручную это сделать трудно, поэтому для таких изделий применяются редукторные приводы или гидроприводы. При необходимости в дистанционном управлении задвижки оснащаются электроприводами.

Допустимая величина пропуска среды при закрытом затворе должна соответствовать нормам, установленным ГОСТом 9544-75.

Сфера применения

Клиновые задвижки ставят в конце трубопровода и в зонах перекрытий движений среды, чтобы осуществлять аварийные и технические работы. Такие детали — с широким диапазоном диаметров и рабочего давления, так как они используются в различных системах трубопровода.

Задвижки, которые имеют клиновидные затворы упругого типа, предназначаются для скоростных потоков и могут работать со средой с высоким давлением. Они подходят для предприятий газовой и нефтяной промышленности. Кроме того, подобные типы изделий используют на химических предприятиях, имеющих линии по транспортировке агрессивных растворов.

В системах водоснабжения и теплоснабжения используется клиновидная задвижка разделительного типа. У таких изделий затвор имеет 2 части, чтобы площадь смещения увеличивалась. За счет этого компенсируется тепловое расширение. Подобные изделия используют еще на паровых линиях.

Эксплуатация клиновой фланцевой задвижки будет долгой, если правильно подобрать материал, из которого она будет изготовлена. Периодически потребуется проводить техническое и ремонтное обслуживание. Сферы применения широкие. Они напрямую зависят от диаметра и давления, которое создается элементом в системе. Управление задвижкой современного типа выполняется просто. С ее помощью удается менять интенсивность потока в трубопроводе.

Особенности применения нужно учесть на этапе создания надежного перекрытия в области протока. Деталь применяется в нефтяной и газовой промышленности.

Чугунные задвижки с обрезиненным слоем необходимы химическим организациям. Они не разрушаются от длительного воздействия агрессивных компонентов.

Задвижка параллельная с выдвижным шпинделем нашла свое применение в теплоснабжении. Благодаря ей удается равномерно разделить водный поток на два части. Запчасть используется для предотвращения теплового расширения труб. Она применяется даже на паровых линиях.

Разновидности клиновых задвижек

Принцип работы клиновых задвижек также зависит от типа затвора. Он может изготавливаться в виде:

• Жёсткой, суженной к низу пластины. В этом случае клин представляет собой цельную деталь, принцип работы которой заключается в плавном опускании в нижнюю часть корпуса, находясь при этом в перпендикулярном расположении относительно оси трубопровода. Клин плотно прилегает к двум боковым седлам и прерывает движение рабочего вещества.Такая конструкция имеет ряд недостатков, среди них можно выделить:
  1. опасность заклинивания;
  2. трудности при поднятии клина в результате резких перепадов температур рабочего вещества;
  3. сложную подгонку к сёдлам.
• Двухдискового клина, состоящего из двух элементов, подвижно скреплённых между собой под углом друг к другу. Двухдисковый клиновой затвор является более совершенной конструкцией, чем жёсткий клин.Его принцип работы заключается в следующем: при закрытии задвижки диски поворачиваются относительно друг друга и плотно прижимаются к сёдлам, при открывании диски отходят от сёдел и освобождают отверстия для прохода рабочего вещества.Он обеспечивает высокую герметичность запорного органа, снижает риск заклинивания, требует меньшего усилия для закрытия. Его уплотнительные поверхности менее подвержены износу.
• Упругого запирающего органа. Конструктивно схож с двухдисковым клином, с одним отличием — его диски связаны между собой с помощью упругого элемента.Преимущества его принципа работы – это способность гнуться под напором рабочей среды и обеспечивать более плотную взаимосвязь с плоскостями уплотнительного материала при закрытии задвижки.Запорные устройства с обрезиненным клином имеют низкий крутящий момент при управлении и гладкий полный проход, благодаря чему в них не возникает сильного трения и большого износа запорных элементов.

Типы напрямую зависят от схемы задвижки клиновой. В рабочем положении она может находиться в следующих состояниях:

1. Твердые клиновые действия задвижки используются чаще всего. Они отличаются простотой и прочностью. Запчасть работает даже с высоким давлением и не пропускает жидкость с твердыми элементами. Запорная арматура нормально функционирует в турбулентном варианте потока.
2. Закрытию задвижки может способствовать гибкий затвор в виде клина. Благодаря ему удается изменять напор в системе. Гибкость необходима для предоставления необходимого уровня прочности. Если разрез углубляется и увеличивается, то данная характеристика заметно снижается.
3. Устройство клиновой задвижки с выдвижным механизмом может также иметь посадочную поверхность с самостоятельной настройкой. Она подходит для транспортировки газов и жидкости. Дополнительно наносится слой от коррозии. Эксплуатация может проводиться в нормальном режиме даже при высокой температуре.

Классификация производится также, исходя из конструкции пробки и корпуса. При этом внимание обращается на характеристики затвора:

• Элементы задвижки и заглушки с твердым клином активно используются при создании средств коммуникации. Как правило, их размещают в специальных колодцах, на участках с повышенным риском аварий. Поток удерживается благодаря качественным соединительным элементам. Однако предварительно потребуется правильно выбрать материал, который используется для изготовления.
• Упругий клин устанавливается на трубопроводах. Его свойства не страдают даже от высокого давления в системе. Конструкция используется в нефтегазовой промышленности. Представлен широкий модельный ряд. Выбор варианта задвижки напрямую зависит от давления, которое будет создаваться в рабочем режиме.

Достоинства и недостатки клиновых устройств

К преимуществам клиновых задвижек можно отнести обеспечение повышенного уровня герметичности проходного сечения в закрытом положении, несложный принцип работы, а также небольшую величину усилия, необходимого для соединения деталей запорного узла с максимально возможным уплотнением.

Этому способствует образование почти прямого угла между направлениями вектора усилия привода и вектора усилия, воздействующего на плоскость уплотнительной поверхности затворного элемента. Вследствие чего даже небольшая по величине сила, проходящая через шпиндель, может оказать значительное воздействие на контактирующие плоскости уплотнений.

Недостатками устройств с таким принципом работы являются:

• необходимость в обустройстве полости корпуса направляющими для центрирования клина;
• быстрый износ уплотнителей на затворе;
• сложность технологии получения герметичности в затворяющем элементе.

Преимущества

Конструкция современных моделей задвижек универсальная. Они практически не требуют ремонта и прослужат без поломок в течение долгого периода времени. Запчасть обладает следующими плюсами:

1. Точное взаимодействие между собой отдельных элементов.
2. Затворы не ломаются даже под воздействием потоков с высокой скоростью.
3. В системе обеспечивается герметичность на высоком уровне.
4. Части корпуса не портятся даже от резкого перепада температур.
5. Соединенные части разрешается мыть средствами с абразивными элементами. При этом не наблюдается ухудшение свойств защитного покрытия.

Модели с электроприводом

Большое значение при выборе модификации клиновой задвижки для определённых условий эксплуатации имеет месторасположение и принцип работы ходового узла. В зависимости от того, находится он внутри корпуса или вне его полости, аппараты подразделяются на изделия с выдвижным и невыдвижным штоком.

В задвижках, имеющих выдвижной шток, часть шпинделя с резьбой и ходовая гайка выдвинуты за границы корпусных деталей. Другим концом он жёстко соединён с затворяющей деталью.

Маховик вращаясь через резьбовую гайку приводит в движение шток, который в свою очередь заставляет поступательно перемещаться затвор.

При этом шпиндель верхним концом выдвигается из корпуса на величину хода затворного органа. Благодаря такому принципу работы ходового узла транспортируемое вещество не оказывает негативного влияния на резьбовую пару, а также менее подвержен износу сальниковый уплотнитель.

Внимание! При размещении параллельной задвижки с выдвижным штоком необходимо предусмотреть для выхода шпинделя над сальником крышки свободное пространство размером не менее диаметра проходного отверстия.

В этих моделях резьбовой конец штока жёстко фиксируется с маховиком, а ходовая гайка крепиться уже внутри корпуса к затвору. При вращении шпинделя происходит накручивание гайки на конец шпинделя, вследствие чего, начинает перемещаться подвижная часть затвора.

Ходовой механизм таких задвижек находится в рабочей среде и поэтому может повреждаться под действием абразивных частиц, находящихся в составе транспортируемого вещества, или быстро корродировать. Эти недостатки накладывают ограничения на работу изделий в нефтепроводах, системах транспортирующих морскую воду, химически агрессивные составы.

Задвижка, оснащённая электроприводом, относится к более современным запорным устройствам, которые с успехом применяются для работы в технологических трубопроводах промышленного назначения и в жилищно-коммунальном хозяйстве. Электрический привод отвечает за своевременное закрытие и открытие запора, удерживание его в промежуточном положении, если того требует технология, а также осуществляет автоматическое отключение задвижки в момент аварий. Блок управления электроприводом монтируется либо на корпусе агрегата, либо монтируется в специальном шкафу, на стойках или располагаются в удалённом месте.

Подробности об устройстве и работе электропривода на задвижке на примере серии УРПС БИРС 13. NL смотрите на видео.

Приводной механизм соединяется со шпинделем задвижки с помощью специальной втулки и состоит из электрического двигателя и редуктора.

Принцип его работы заключается в следующем: при поступлении управляющих сигналов двигатель оказывает воздействие через передаточный механизм на шпиндель, который в свою очередь открывает/ закрывает затвор или отставляет его в промежуточном положении.

В оснащение современных электроприводов также входят концевые выключатели и муфта ограничения крутящего момента. Они выполняют отключение питания электродвигателя в момент достижения затворным органом крайних положений или при возникновении усилия, воздействующего на шток, выше установленного значения.

Возможность ограничить крутящий момент при заклинивании или засорении затвора позволяет предотвратить выход из строя задвижки и привода.

Благодаря такому принципу работы на крупных магистралях можно создать единый пункт управления всеми задвижками, оснащёнными электроприводом. Данный способ управления запорным органом очень эффективен, поскольку является надежным и имеет долгий срок службы.

Внимание! Для отключения в случае неисправности электропривода или возникновения других внештатных ситуаций задвижка укомплектована ручным дублёром — маховиком.

ГОСТы и технические характеристики

Характеристики чугунной и других видов задвижек внимательно анализируются перед началом эксплуатации. В противном случае запорная арматура может спровоцировать серьезную аварию. На каждую запчасть выдается сертификат. Его наличие проверяют также специальные государственные органы.

Задвижки на трубопроводах должны в обязательном порядке содержать размер и давление. Дополнительно наносится маркировка типа арматуры. Для этого используется сочетание букв и цифр. На корпусе расположены максимальные значения давления.

ГОСТ и технические характеристики проверяются на основании следующих параметров:

• Диаметр прохода.
• Масса.
• Габаритная высота.
• Максимально допустимое давление на маховике.
• Строительная длина.
• Рекомендуемый диаметр трубопровода.
• Условное давление.
• Температура рабочей среды.
• Используемый материал.

Регулирующий вентиль должен содержать условное обозначение системы, по которой производится оценка параметров. На сегодняшний день для этой цели используется несколько регулирующих вариантов.

В промышленности используется стандартная система сертификации. Особое внимание уделяется системе запоров, которые будут работать в тяжелых условиях. К примеру, это может быть завод по переработке нефти или другое использование материла.

Монтаж

На сегодняшний день используется несколько способов монтажа и установки клиновой задвижки. Выбор одного из них напрямую зависит от материала. Фланцевый вариант крепится болтами, а чугунный – фланцами. Стальная клиновая система обрабатывается сваркой. Допускается также применение фланца.

Запор изделий зависит от основных свойств системы. В процессе монтажа подразумевается несколько этапов:

1. Клин в нескольких положениях очищается от грязи и материалов, используемых для смазки.
2. Установка элемента выполняется между трубами. Между положениями «открыто» и «закрыто» необходимо поставить специальные прокладки.
3. Далее в специальные отверстия потребуется вставить болты. С их помощью удается достичь параллельного соединения фланца.
4. Штоком задвижка должна обеспечивать необходимую надежность крепления.
5. После установки дополнительно потребуется отладить движения клина и маховика.

Установку системы допускается производить только в горизонтальном положении. Важно уделить внимание выбору прокладок и уплотнения. Они должны в точности совпадать с размером фланца. Болты также подбираются согласно диаметру основы.

На сегодняшний день клиновые задвижки можно найти в широком ассортименте. Их производством занимаются крупнейшие заводы РФ. Выбор конструкции напрямую зависит от ее предназначения и дальнейших условий эксплуатации. При давлениях до 1 единицы система сможет проработать в течение долгого периода времени.

При выборе изделия авторитетным считается только мнение специалиста. Благодаря ему удастся создать условия эксплуатации, в которых вероятность аварии будет сведена к минимуму. Выбор вариантов труб и связующего элемента также напрямую зависит от свойств вещества, которое будет по ним передвигаться.

Клиновое устройство упростило жизнь человека сразу в нескольких сферах хозяйствования. Без него сложно представить нормальное функционирование коммунальных служб. Также элемент используется для беспрерывной подачи строительных смесей.

Существует несколько способов установки клиновой задвижки к системе трубопровода. Если изделие фланцевое, то его фиксируют болтами, а если из чугуна, то понадобятся фланцы. Стальные детали приваривают, а если задвижка сделана из цветного металла, то ее фиксируют посредством резьбы, сварки и фланцев.

Этапы монтажа следующие:

1. Очистить пространство от грязи и смазки.
2. Установить деталь между трубами. Дополнительно использовать прокладки.
3. Вставить болты, затянуть их. Линия соединения должна быть параллельной.
4. Надежно зафиксировать все крепления. Обязательно все проверить.
5. Отрегулировать движения механизма.

Конструкцию устанавливают горизонтально. Чтобы надежно уплотнить все, выбирают подходящие прокладки. Они должны совпадать и по размерам. Перед установкой нужно проверить, чтобы задвижка работала и соответствовала всем техническим нормативам.

В процессе затвор должен быть частично открыт. Если диаметр изделия более 10 см, то рекомендуется применять дополнительно опоры. Деталь нужно перемещать только на транспортном средстве и держать за специальные зоны.

Во время подземных работ нужно проследить, чтобы грунт под задвижкой был утрамбованным, без острых частиц. Когда монтаж закончится, нужно проверить участок на работоспособность, причем сначала с минимальными показателями.