Дисковые затворы

Дисковый затвор (также известный как поворотный затвор, заслонка, баттерфляй) — это вид трубопроводной арматуры, в котором запирающий или регулирующий элемент выполнен в виде диска, поворачивающегося вокруг оси, перпендикулярной оси потока рабочей среды. Дисковые затворы относятся к классу арматуры с четвертьоборотным приводом (угол поворота диска от полностью открытого до полностью закрытого положения обычно составляет 90°). Основное назначение — перекрытие и регулирование потока жидкостей, газов, сыпучих веществ и пульп в трубопроводах различного диаметра и назначения.

История

Принцип поворотной заслонки известен с древних времен, однако промышленное применение дисковых затворов началось в XX веке. Первые патенты на конструкцию, близкую к современной, были получены в 1930-х годах. Массовое внедрение в промышленность произошло в 1950-1960-х годах, когда развитие химической и нефтегазовой отраслей потребовало компактной, надёжной и недорогой арматуры для больших диаметров трубопроводов. В СССР дисковые затворы начали активно применяться с 1970-х годов, в том числе в системах водоснабжения и теплоснабжения. Современные конструкции совершенствуются в направлении повышения герметичности, снижения гидравлического сопротивления и увеличения срока службы.

Устройство и принцип действия

Основными элементами дискового затвора являются:

• Корпус — обычно цилиндрический, с фланцами или под приварку для соединения с трубопроводом. Изготавливается из чугуна, стали, нержавеющей стали, титана, полимеров.
• Диск — запирающий элемент, имеющий форму линзы или сферы, с осью вращения, проходящей через его центр или смещённой относительно него. Диск может быть цельным или полым, с эластичным уплотнением по периметру.
• Вал (шток) — ось вращения диска, соединённая с приводом. Вал может быть цельным или состоять из двух частей (верхнего и нижнего).
• Уплотнительное кольцо (седло) — эластичный или металлический элемент в корпусе, обеспечивающий герметичность в закрытом положении. Материал уплотнения (резина, PTFE, полиуретан, металл) выбирается в зависимости от среды.
• Привод — устройство для поворота вала. Может быть ручным (рукоятка, редуктор), электрическим, пневматическим или гидравлическим.

Принцип действия: при повороте диска на 90° из положения «открыто» (диск параллелен потоку) в положение «закрыто» (диск перпендикулярен потоку) проходное сечение трубопровода перекрывается. В промежуточных положениях диск выполняет функцию регулирующего органа, изменяя площадь проходного сечения.

Классификация

Дисковые затворы классифицируются по нескольким признакам.

По типу уплотнения

• С эластичным уплотнением — используют резиновое или полимерное кольцо. Обеспечивают высокую герметичность (класс A по ГОСТ 9544-2015), но ограничены по температуре и химической стойкости.
• С металлическим уплотнением — диск и седло имеют наплавку из твёрдых сплавов или нержавеющей стали. Применяются для высоких температур (до 800 °C) и агрессивных сред.
• Эксцентриковые (двойной, тройной эксцентриситет) — ось вращения диска смещена относительно оси седла и/или центра диска. Позволяют снизить износ уплотнения и обеспечить герметичность при высоких перепадах давления.

По способу присоединения к трубопроводу

• Межфланцевые — устанавливаются между двумя фланцами трубопровода. Наиболее распространённый тип.
• Фланцевые — имеют собственные фланцы на корпусе.
• Под приварку — корпус приваривается к трубе.
• Муфтовые — с резьбовым соединением (для малых диаметров).

По типу привода

• Ручные — с рукояткой (для малых диаметров) или редуктором (для больших усилий).
• Электрические — с электроприводом (однооборотным или многооборотным).
• Пневматические — с пневмоцилиндром (двустороннего или одностороннего действия).
• Гидравлические — с гидроцилиндром.

По назначению

• Запорные — для полного перекрытия потока.
• Регулирующие — для плавного изменения расхода.
• Запорно-регулирующие — совмещают обе функции.

Характеристики

Основные технические характеристики дисковых затворов:

• Номинальный диаметр (DN) — от 15 до 3000 мм и более.
• Номинальное давление (PN) — от 0,6 до 250 МПа (в зависимости от конструкции и материала).
• Рабочая температура — от -196 °C до +800 °C.
• Герметичность — классы от A до D по ГОСТ 9544-2015 (A — нулевая протечка, D — значительная протечка).
• Гидравлическое сопротивление — в открытом положении минимально, коэффициент местного сопротивления обычно 0,1–0,5.
• Материалы — корпус: чугун (СЧ20, ВЧШГ), углеродистая сталь (20, 09Г2С), нержавеющая сталь (12Х18Н10Т, AISI 304/316), титан, полимеры (ПВХ, ПП). Диск: сталь, нержавеющая сталь, чугун, полимеры. Уплотнение: EPDM, NBR, FKM, PTFE, металл.

Применение

Дисковые затворы широко применяются в различных отраслях промышленности и коммунального хозяйства:

• Водоснабжение и водоотведение — на магистральных водоводах, насосных станциях, очистных сооружениях.
• Теплоснабжение — в системах отопления, тепловых пунктах, на трубопроводах горячей воды.
• Нефтегазовая промышленность — на нефтепроводах, газопроводах, установках подготовки нефти и газа.
• Химическая промышленность — для агрессивных сред, кислот, щелочей, растворителей.
• Энергетика — на тепловых и атомных электростанциях (в системах охлаждения, пожаротушения).
• Пищевая промышленность — для воды, напитков, молочных продуктов.
• Горнодобывающая промышленность — для пульп, шламов, сыпучих материалов.
• Судостроение — в системах балласта, охлаждения, пожаротушения.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Компактность и малый вес по сравнению с задвижками и вентилями.
• Низкое гидравлическое сопротивление в открытом положении.
• Быстрота срабатывания (четвертьоборота).
• Простота конструкции и обслуживания.
• Возможность установки на трубопроводах большого диаметра.
• Высокая герметичность (особенно с эластичным уплотнением).

Недостатки:

• Ограниченная пригодность для регулирования (особенно у простых моделей — возможна кавитация и вибрация).
• При высоких перепадах давления требуется высокий крутящий момент для закрытия.
• Эластичные уплотнения подвержены старению и химическому воздействию.
• В закрытом положении диск создаёт препятствие для очистки трубопровода (скребки, шары).

Производство в России

В России дисковые затворы производятся рядом предприятий, в том числе:

• АО «Армалит» (Санкт-Петербург) — выпускает затворы для нефтегазовой и химической промышленности.
• ООО «Завод трубопроводной арматуры «Знамя» (Благовещенск, Башкортостан) — производит затворы с эластичным и металлическим уплотнением.
• АО «Тяжпромарматура» (Алексин) — выпускает крупногабаритные затворы для энергетики.
• ООО «НПО «Регулятор» (Ярославль) — специализируется на регулирующих затворах.
• ООО «ПК «Полимерстрой» (Нижний Новгород) — производит полимерные затворы для водоснабжения.

Нормативная база

В России производство и применение дисковых затворов регламентируется следующими стандартами:

• ГОСТ 33257-2015 «Арматура трубопроводная. Затворы дисковые. Общие технические условия».
• ГОСТ 9544-2015 «Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов».
• ГОСТ 12815-80 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Ру от 0,1 до 20,0 МПа».
• ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования».
• ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением».

Интересные факты

• Самые большие дисковые затворы в мире имеют диаметр до 10 метров и используются в гидротехнических сооружениях (например, в системах охлаждения АЭС).
• В некоторых конструкциях диск может быть выполнен из двух половинок, что позволяет снизить крутящий момент при закрытии.
• Затворы с тройным эксцентриситетом обеспечивают герметичность металл-металл, что позволяет использовать их при температурах до 800 °C.
• В системах пожаротушения часто применяются затворы с пневмоприводом, которые срабатывают автоматически при подаче сигнала.

Источники

• ГОСТ 33257-2015 «Арматура трубопроводная. Затворы дисковые. Общие технические условия».
• ГОСТ 9544-2015 «Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов».
• «Трубопроводная арматура: справочное пособие» / под ред. В. И. Гусева. — М.: Машиностроение, 2008.
• «Дисковые затворы: конструкция, расчёт, эксплуатация» / А. С. Тимофеев, М. В. Смирнов. — СПб.: Недра, 2015.
• Каталоги продукции АО «Армалит», ООО «ЗТА «Знамя», АО «Тяжпромарматура».
• Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 032/2013.