Как работает задвижка: устройство и принцип действия
Задвижки – очень популярный и распространенный тип запорной арматуры. Благодаря своей надежности и простой конструкции они востребованы на транспортных и технологических трубопроводах с самыми разнообразными рабочими средами. В зависимости от конструктивного и материального исполнения, задвижки могут использоваться в системах с рабочими давлениями до 25 МПа и температурами до +565 °С. Далее описана конструкция и принцип работы задвижек, приведена их классификация, а также отмечены особенности разных модификаций данной арматуры.
Из чего состоит задвижка?
Главные конструктивные элементы арматуры:
- корпус;
- крышка;
- затвор;
- резьбовая пара (шпиндель и гайка);
- сальниковое уплотнение;
- маховик (или другой управляющий элемент).
Устройство задвижки очень простое. Ее основу составляют корпус и крышка – именно они образуют полость, по которой движется рабочая среда. В полости арматуры находится затвор и (у части задвижек) механизм, обеспечивающий его передвижение, – резьбовая пара. Запирающий элемент движется перпендикулярно оси потока: опускаясь, он перекрывает просвет трубы, а поднимаясь, открывает. Механизм передвижения максимально простой – при вращении маховика вращается шток (шпиндель), который связан с запирающим элементом напрямую или через гайку. Вращательные движения маховика преобразуются в поступательные движения затвора.
Для герметичного перекрывания потока в корпусе задвижки обычно предусмотрены седла с уплотнительными поверхностями. Когда затвор опускается, он плотно примыкает к седлам, не позволяя среде проходить через полость задвижки. У корпуса также есть два конца для присоединения к патрубкам трубопровода. Они могут быть оснащены фланцами, резьбой или фаской для приварки. В месте выхода штока наружу находится сальник, который предотвращает утечку среды из задвижки.
Маховик – самый простой и распространенный орган управления задвижкой. На трубопроводах больших диаметров, где для перемещения затвора необходимо серьезное усилие, используются дополнительные устройства – механические редукторы, электро-, гидро- и пневмоприводы.
Для изготовления корпусных деталей задвижек чаще всего используется:
- чугун;
- сталь (легированная или нержавеющая).
Затвор, как правило, изготавливают из стали, которая лучше переносит работу в потоке среды. От материального исполнения арматуры зависит возможность ее применения с различными средами – неагрессивными или агрессивными, холодными или перегретыми. При этом задвижки (за редкими исключениями) используются только для полного перекрывания трубопровода и не подходят для регулировки потока. Если затвор оставить в полуоткрытом положении, он деформируется под давлением среды, что приведет к заклиниванию арматуры.
Типы задвижек
Общий принцип работы задвижек сходный – затвор, отсекающий поток среды, движется перпендикулярно этому потоку. Но существует несколько типов арматуры, которые отличаются конструкцией запирающего элемента и расположением резьбовой пары. Различают такие типы задвижек:
- Клиновые (с жестким, двухдисковым или упругим клином).
- Параллельные.
- Шиберные.
- Шланговые.
В зависимости от расположения ходового узла задвижки подразделяют на два типа:
- с выдвижным шпинделем;
- с невыдвижным шпинделем.
Устройство клиновых задвижек
В такой арматуре затвором выступает клин, а седла в корпусе расположены под углом. При закрывании задвижки клин опускается в пространство между седлами и плотно прилегает к ним, обеспечивая высокую герметичность перекрывания. Клин может иметь разную конструкцию:
- Жесткий клин – металлическая пластина, сужающаяся книзу. Для надежного и герметичного перекрывания потока при изготовлении задвижки жесткий клин очень точно подгоняют под форму седел. Такой затвор очень прочный, но из-за своей жесткости может заклинивать при колебаниях температуры или давления среды. Кроме того, уплотнительные поверхности здесь довольно быстро изнашиваются.
- Двухдисковый клин представляет собой более сложное устройство – он состоит из двух плоских дисков. Диски жестко скреплены между собой под тем же углом, под которым расположены седла в корпусе. В таких задвижках нет необходимости в идеальной подгонке клина под седла, так как элементы затвора способны частично «самоустанавливаться» во время его опускания. Эта особенность обеспечивает и повышенную герметичность перекрывания. Также задвижки с двухдисковым клином меньше подвержены заклиниванию и износу уплотнительных поверхностей.
- Упругий клин состоит из дисков, скрепленных не жестко, а посредством упругого элемента. У такого затвора более простая конструкция, чем у двухдискового, но и возможности «самоустановки» меньше. При этом упругий клин также прощает некоторые погрешности при подгонке седел, он проще в изготовлении, чем жесткий затвор.
Принцип действия параллельных, шиберных и шланговых задвижек
Как разновидность клиновых иногда рассматривают и параллельные задвижки. Их затвор имеет не клиновидную форму, но по конструкции схож с двухдисковым клином. При этом диски затвора параллельных задвижек расположены параллельно друг другу. При перекрывании потока они прижимаются к уплотнительным поверхностям седел специальным клиновым грибком, который находится посредине.
Шиберные задвижки можно рассматривать как параллельные с одним диском. Это очень простые устройства, в которых поток среды отсекается плоским затвором, работающим подобно гильотине. Отдельные их модификации даже оснащаются ножевым затвором для разрушения частиц среды, попавших в корпус во время перекрытия трубопровода. Такая арматура используется с загрязненными средами, в которых есть много механических примесей. По герметичности перекрывания она существенно уступает клиновым задвижкам.
Шланговые устройства принципиально отличаются от остальных типов и по конструкции, и по принципу действия. Их относят к задвижкам, поскольку здесь выполняется классический принцип действия задвижки – просвет трубы перекрывается при опускании штока перпендикулярно потоку. У шланговых моделей нет затвора как такового, а через корпус проложен гибкий шланг. Когда трубопровод нужно перекрыть, при вращении маховика опускается шпиндель, который просто пережимает этот шланг.
Подобная конструкция полезна в трубопроводах, по которым транспортируются очень агрессивные среды. Наличие шланга в полости арматуры исключает контакт металлических элементов со средой и предупреждает их коррозию.
Как работают задвижки с выдвижным и невыдвижным штоком
Ходовой узел задвижки – резьбовое соединение шпиндель-гайка – основной элемент, который передает усилие от вращения маховика к затвору. Этот узел может быть расположен как в полости арматуры, так и снаружи:
- Выдвижной шпиндель соединен с затвором своим нижним концом. Гайка расположена снаружи, и при вращении маховика шпиндель выдвигается вверх на величину хода затвора. Такая конструкция исключает контакт ходового узла с рабочей средой, что продлевает срок службы арматуры и позволяет использовать ее с более агрессивными средами (или при высоких температурах). Задвижки с выдвижным шпинделем более надежны и просты в обслуживании, поскольку существует свободный доступ к сальниковому уплотнению. Единственный минус подобных устройств – увеличенный вес и большая строительная высота, а также необходимость оставлять свободное место над маховиком для выдвижения шпинделя при открывании арматуры.
- У задвижек с невыдвижным шпинделем ходовой узел находится в полости задвижки. Шток закреплен верхним концом и не меняет своего положения при открывании и закрывании устройства. Во время вращения маховика затвор вместе с ходовой гайкой передвигается вверх или вниз относительно шпинделя. Поскольку у таких устройств резьбовое соединение находится в рабочей среде, а доступ к сальнику закрыт, они менее устойчивы к агрессивным средам и сложным рабочим условиям. Их не устанавливают на ответственных объектах, но используют в обстоятельствах, когда важна малая строительная высота и небольшой вес.
Сравнительная таблица применения задвижек с выдвижным и невыдвижным штоком
| Условия применения | Задвижки с невыдвижным шпинделем | Задвижки с выдвижным шпинделем |
|---|---|---|
| Диапазон диаметров DN, мм | 40–500 | 15–1200 |
| Диапазон максимальных рабочих давлений PN, МПа | 1,6 | 1,6–10,0 |
| Диапазон температур транспортируемого вещества, ºС | -15…+130 | -70…+450 |
| Рабочие среды | Чистая горячая и холодная вода, неагрессивные среды (нефть, минеральные масла) | Горячая и холодная вода, вещества с любой степенью агрессивности, нефтепродукты, газ |
Таким образом, несмотря на сходный принцип работы, разные типы задвижек имеют несколько отличное устройство и область применения. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки. Но мы готовы подобрать оптимальные задвижки для монтажа на вашем трубопроводе. Знакомьтесь с нашим каталогом и звоните +7 (812) 920-05-98 – специалисты «Компании Север» помогут вам с выбором арматуры подходящего устройства.
https://severarm.ru/stati/ustroistvo-zadvizhek.html