Задвижка

Задвижка — это вид трубопроводной арматуры, в котором запирающий или регулирующий элемент перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды. Основным рабочим органом задвижки является затвор, обычно в виде клина, диска или параллельных дисков, который при опускании перекрывает проходное сечение трубы. Задвижки предназначены для полного перекрытия потока и, как правило, не используются для точного регулирования расхода среды, так как работа в промежуточных положениях приводит к быстрому износу уплотнительных поверхностей.

История

Прообразы современных задвижек использовались в системах водоснабжения Древнего Рима. В акведуках и городских водопроводах применялись примитивные шиберные затворы, представлявшие собой деревянные или металлические пластины, которые вручную опускались в пазы. С развитием промышленной революции в XIX веке возникла потребность в надёжных запорных устройствах для паровых машин и водопроводных сетей городов. Первые патенты на конструкции задвижек с клиновым затвором были получены в середине XIX века в Великобритании и США. Массовое производство чугунных и стальных задвижек началось в конце XIX — начале XX века, что было связано с развитием металлургии и стандартизацией трубопроводов. В СССР производство задвижек было стандартизировано, и выпускались десятки типов для различных отраслей промышленности, от ЖКХ до атомной энергетики.

Устройство и принцип действия

Основными элементами задвижки являются:

• Корпус — герметичная деталь, внутри которой располагается запорный орган. Корпус имеет два патрубка для присоединения к трубопроводу (фланцевые, муфтовые, под приварку).
• Крышка — верхняя часть корпуса, к которой крепится привод (штурвал, редуктор, электропривод).
• Затвор (запорный орган) — подвижная деталь, которая перекрывает проход. В зависимости от типа затвора различают клиновые, параллельные и шиберные задвижки.
• Шпиндель (шток) — деталь, передающая усилие от привода к затвору. Шпиндель может быть выдвижным (при открытии поднимается вверх) или невыдвижным (вращается внутри корпуса, не изменяя длины).
• Ходовая гайка — резьбовой элемент, преобразующий вращательное движение шпинделя в поступательное движение затвора.
• Уплотнительные кольца (седла) — детали, обеспечивающие герметичность перекрытия потока. Устанавливаются в корпусе и на затворе.
• Сальниковое уплотнение — узел, обеспечивающий герметичность в месте выхода шпинделя из корпуса.

Принцип действия: при вращении штурвала или включении электропривода шпиндель перемещает затвор вниз (на закрытие) или вверх (на открытие). В открытом положении затвор полностью выводится из потока, что обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление. В закрытом положении затвор плотно прижимается к седлам корпуса, перекрывая проход.

Классификация

Задвижки классифицируются по нескольким основным признакам.

По типу затвора

• Клиновые задвижки — затвор выполнен в виде цельного, упругого или составного клина. При закрытии клин входит между наклонными седлами корпуса, обеспечивая плотное прилегание. Наиболее распространённый тип, применяемый для сред с высокой температурой и давлением.
• Параллельные задвижки — затвор состоит из двух параллельных дисков, которые прижимаются к седлам корпуса с помощью распорного механизма. Используются для сред с низким и средним давлением, например, в системах водоснабжения.
• Шиберные задвижки (ножевые, шиберные) — затвор представляет собой тонкий металлический диск (шибер), который движется в пазах корпуса, перерезая поток. Применяются для перекрытия потоков с абразивными частицами, пульп, вязких жидкостей и сыпучих материалов.

По типу привода

• С ручным приводом — управление осуществляется через маховик (штурвал). Наиболее простой и распространённый тип.
• С электроприводом — оснащаются электродвигателем, который вращает шпиндель. Позволяют управлять задвижкой дистанционно, в том числе в автоматических системах.
• С пневмоприводом — привод осуществляется сжатым воздухом. Используются на взрывопожароопасных производствах.
• С гидроприводом — привод осуществляется от гидравлической системы. Применяются в системах с большими усилиями, например, в гидротехнических сооружениях.

По способу присоединения к трубопроводу

• Фланцевые — присоединяются с помощью фланцев и болтов. Наиболее распространённый тип для труб большого диаметра.
• Муфтовые — присоединяются с помощью резьбовых муфт. Используются для труб малого диаметра.
• Под приварку — корпус приваривается непосредственно к трубе. Обеспечивает максимальную герметичность, применяется на ответственных объектах (нефте- и газопроводы, АЭС).
• Цапковые — присоединяются с помощью штуцеров с резьбой. Редкий тип, используется в специальных системах.

По материалу корпуса

• Чугунные — наиболее дешёвые, применяются в системах водоснабжения и отопления при низких давлениях.
• Стальные — литые, сварные, кованые. Обладают высокой прочностью, применяются в нефтегазовой, химической и энергетической отраслях.
• Из нержавеющей стали — для агрессивных сред, пищевой и фармацевтической промышленности.
• Латунные и бронзовые — для труб малого диаметра, в системах водоснабжения и отопления.
• Из пластика (полипропилен, ПВХ) — для химически стойких трубопроводов и систем с низким давлением.

Применение

Задвижки являются одним из самых распространённых типов запорной арматуры. Они применяются практически во всех отраслях промышленности и коммунального хозяйства:

• Водоснабжение и водоотведение — на магистральных водоводах, насосных станциях, очистных сооружениях.
• Теплоснабжение — на тепловых сетях, в котельных, на тепловых пунктах.
• Нефтегазовая промышленность — на магистральных нефте- и газопроводах, на нефтебазах, на установках подготовки нефти и газа.
• Химическая промышленность — для перекрытия потоков агрессивных сред.
• Энергетика — на тепловых и атомных электростанциях (на паровых и водяных трубопроводах).
• Металлургия — в системах водяного охлаждения, газоочистки.
• Судостроение — в системах балластных и осушительных трубопроводов.
• Пищевая промышленность — в системах подачи воды, пара, жидких продуктов.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Малое гидравлическое сопротивление в полностью открытом положении.
• Простота конструкции и высокая надёжность.
• Возможность применения для сред с высокой температурой и давлением.
• Возможность использования для труб большого диаметра (до 2000 мм и более).
• Отсутствие сужения проходного сечения (полнопроходные задвижки).

Недостатки

• Большое время открытия и закрытия (необходимо сделать много оборотов шпинделя).
• Высокая строительная высота (особенно у задвижек с выдвижным шпинделем).
• Невозможность использования для точного регулирования потока (работа в промежуточном положении приводит к повреждению уплотнений).
• Склонность к заклиниванию при длительном нахождении в одном положении (особенно у клиновых задвижек).
• Большие габариты и масса по сравнению с шаровыми кранами того же диаметра.

Интересные факты

• Самая большая задвижка в мире была изготовлена для гидротехнического сооружения — её диаметр превышал 10 метров.
• В атомной энергетике применяются специальные задвижки с герметичным корпусом, исключающим утечку радиоактивной среды.
• В системах водоснабжения городов задвижки часто устанавливаются в специальных колодцах, доступ к которым осуществляется через люки.
• В СССР и России разработаны и серийно выпускаются задвижки с электроприводом, работающие в автоматическом режиме на насосных станциях без участия человека.

Источники

• ГОСТ 24856-2014 «Арматура трубопроводная. Термины и определения»
• ГОСТ 5762-2002 «Задвижки клиновые стальные для магистральных трубопроводов. Общие технические условия»
• Материалы отраслевых справочников по трубопроводной арматуре (ЦКБА, НПО «Арматура»)
• Учебные пособия по гидравлике и трубопроводному транспорту