Клиновые задвижки

Клиновая задвижка — это вид трубопроводной арматуры, в котором запирающий элемент (затвор) выполнен в форме клина и перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды. Основное назначение клиновых задвижек — полное перекрытие или открытие проходного сечения трубы. Они относятся к классу запорной арматуры и широко применяются в промышленных и коммунальных системах для транспортировки жидкостей, газов и паров.

Устройство и принцип действия

Основными элементами клиновой задвижки являются корпус, крышка, шпиндель (шток), маховик или привод, уплотнительные кольца и клиновой затвор.

Корпус и крышка

Корпус задвижки, как правило, изготавливается из чугуна, стали (углеродистой, легированной, нержавеющей) или цветных сплавов. Внутри корпуса расположены седла — уплотнительные поверхности, к которым прижимается клин. Крышка герметично соединяется с корпусом с помощью болтов или шпилек; между ними устанавливается прокладка для предотвращения утечек.

Затвор (клин)

Клин является ключевым рабочим органом. Он может быть цельным, упругим или состоять из двух дисков (двухдисковый клин). В закрытом положении клин входит в зазор между седлами корпуса, обеспечивая герметичное перекрытие. Уплотнительные поверхности клина и седел часто наплавляются твердыми износостойкими сплавами (например, на основе кобальта или никеля) для повышения срока службы.

Шпиндель и привод

Шпиндель (ходовой винт) соединяет клин с приводом. Вращение маховика или электропривода преобразуется в поступательное движение шпинделя, который поднимает или опускает клин. Различают задвижки с выдвижным и невыдвижным шпинделем. В первом случае шпиндель при открытии поднимается вверх, что позволяет визуально контролировать положение затвора. Во втором случае резьба шпинделя находится внутри корпуса, что уменьшает габаритную высоту арматуры.

Классификация

Клиновые задвижки классифицируются по нескольким признакам.

По конструкции клина

• Цельный клин (жёсткий) — монолитная деталь. Обеспечивает высокую герметичность, но требует точного совпадения углов клина и седел. При температурных деформациях или износе может заклинивать.
• Упругий клин — имеет прорезь или выполнен из двух частей, соединённых упругим элементом. Компенсирует незначительные перекосы и температурные расширения, снижая риск заклинивания.
• Двухдисковый клин — состоит из двух дисков, шарнирно соединённых между собой. При закрытии диски раздвигаются и прижимаются к седлам. Обеспечивает высокую герметичность даже при загрязнённой среде и износе уплотнений.

По типу привода

• С ручным приводом — управление осуществляется маховиком. Наиболее распространённый тип для трубопроводов малого и среднего диаметра.
• С электроприводом — оснащаются электродвигателем с редуктором. Используются на трубопроводах большого диаметра, а также в системах, требующих дистанционного или автоматического управления.
• С пневматическим или гидравлическим приводом — применяются в специфических условиях, например, на взрывопожароопасных объектах или при необходимости быстрого срабатывания.

По материалу корпуса

• Чугунные — для систем водоснабжения, канализации, отопления при невысоких давлениях (до 1,6 МПа) и температурах до 200 °C.
• Стальные — для нефтегазовой, химической, энергетической промышленности. Выдерживают высокие давления (до 25 МПа и более) и температуры (до 600 °C и выше).
• Из нержавеющей стали — для агрессивных сред и пищевой промышленности.

По способу присоединения

• Фланцевые — наиболее распространённый тип. Крепятся к ответным фланцам трубопровода болтами.
• Муфтовые — имеют внутреннюю резьбу для навинчивания на трубу. Применяются на трубопроводах малого диаметра.
• Под приварку — корпус приваривается непосредственно к трубе. Обеспечивает максимальную герметичность и прочность соединения.

История

Прообразы клиновых задвижек использовались ещё в античные времена для перекрытия каналов и акведуков. В современном виде клиновая задвижка начала формироваться в XIX веке с развитием паровых машин и централизованного водоснабжения. В 1839 году американский изобретатель Джозеф Уайт получил патент на конструкцию «задвижки с клиновым затвором». В России массовое производство клиновых задвижек было налажено в 1930-х годах на заводах «Ленгидромаш» (Санкт-Петербург) и «Тяжпромарматура» (Ливны). К середине XX века клиновые задвижки стали одним из самых распространённых типов запорной арматуры в мире.

Применение

Клиновые задвижки используются в самых разных отраслях:

• Водоснабжение и канализация — для перекрытия магистральных водоводов, на водозаборах, в системах пожаротушения.
• Теплоснабжение — на трубопроводах горячей воды и пара в котельных и тепловых пунктах.
• Нефтегазовая промышленность — на магистральных нефте- и газопроводах, на технологических линиях нефтеперерабатывающих заводов.
• Химическая промышленность — для транспортировки кислот, щелочей и других агрессивных сред (при использовании соответствующих материалов).
• Энергетика — на трубопроводах пара и конденсата на тепловых и атомных электростанциях.
• Судостроение — в системах балласта, охлаждения, пожаротушения на судах.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Простота конструкции и высокая надёжность.
• Малое гидравлическое сопротивление в полностью открытом положении (потери давления минимальны).
• Возможность применения для сред с высокой температурой и давлением.
• Относительно низкая стоимость по сравнению с некоторыми другими типами арматуры (например, шаровыми кранами).

Недостатки

• Большая строительная высота (особенно у моделей с выдвижным шпинделем).
• Невозможность регулирования расхода среды — задвижка предназначена только для работы в положениях «открыто» или «закрыто». Работа в промежуточном положении приводит к быстрому износу уплотнительных поверхностей.
• Медленное срабатывание (требуется много оборотов маховика для полного открытия или закрытия).
• Склонность к заклиниванию при длительном нахождении в одном положении, особенно в средах с отложениями.

Производство в России

Россия является одним из крупных производителей клиновых задвижек. Основные предприятия: АО «Армалит» (Санкт-Петербург), ПАО «Тяжпромарматура» (Ливны), АО «Чепецкий механический завод» (Глазов), ООО «Завод нефтегазового оборудования «Бугуруслан» и другие. Продукция этих заводов поставляется как на внутренний рынок, так и на экспорт. В России действуют ГОСТ 5762-2002 («Задвижки клиновые стальные») и ГОСТ 33259-2015 («Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов»), регламентирующие параметры и требования к данному виду арматуры.

Интересные факты

• Самая большая в мире клиновая задвижка диаметром 2,5 метра (DN2500) была изготовлена в 2010-х годах на одном из российских заводов для магистрального нефтепровода «Восточная Сибирь — Тихий океан».
• В некоторых конструкциях для облегчения хода шпинделя применяется шариковая резьба вместо трапецеидальной.
• Клиновые задвижки с двухдисковым клином иногда называют «параллельными задвижками», хотя конструктивно они отличаются от параллельных (шиберных) задвижек.