Трубопроводная арматура. Общие сведения

Трубопроводной арматурой называют устройства, монтируемые на трубопроводах, емкостях, котлах и других установках, предназначенные для отключения, распределения, регулирования, смешения или сброса потоков сред. Перечисленные процессы сводятся к двухпозиционному, многопозиционному или непрерывному регулированию расхода среды, если принять периодическое открытие и закрытие запорной арматуры как элемент двухпозиционного регулирования.

Путем изменения расхода транспортируемой среды при помощи трубопроводной арматуры осуществляется регулирование различных параметров технологических процессов: давления, температуры, концентрации различных компонентов или количества перемещаемого вещества. Подавляющее большинство изделий арматуры устанавливается на трубопроводах, и значительно меньшая часть монтируется непосредственно на котлах, аппаратах, установках и агрегатах.

По области применения трубопроводную арматуру можно разделить на следующие категории: промышленная арматура общего назначения, промышленная арматура для особых условий работы, специальная, судовая и сантехническая.

Промышленная арматура общего назначения используется в различных отраслях народного хозяйства. Изготовляется она серийно в больших количествах и предназначается для сред с часто применяемыми значениями давлений и температуры. Этой арматурой оснащаются водопроводы, паропроводы, городские газопроводы, система отопления и т. п.

Промышленная арматура для особых условий работы предназначается для эксплуатации при относительно высоких давлениях и температурах, при низких температурах, на коррозионных, токсичных, радиоактивных, вязких, абразивных или сыпучих средах. К этой арматуре относятся: энергетическая арматура высоких энергетических параметров, криогенная, коррозионностойкая, фонтанная, арматура с обогревом, арматура для абразивных гидросмесей и для сыпучих материалов.

Специальная арматура разрабатывается и изготовляется по отдельным заказам на основании особых технических требований. Часто такая арматура изготовляется, например, для экспериментальных или уникальных промышленных установок, в том числе и для атомных электростанций.

Судовая арматура выпускается для работы в специфических условиях эксплуатации ее на судах речного и морского флота с учетом повышенных требований в отношении минимальной массы, вибростойкости, повышенной надежности, особых условий управления и эксплуатации.

Сантехнической арматурой оснащаются различные бытовые устройства: газовые плиты, ванные установки, кухонные раковины. Изготовляется эта арматура в больших количествах на специализированных предприятиях, имеет небольшие диаметры прохода и в большинстве своем управляется вручную, за исключением регуляторов давления и предохранительных клапанов для газа.

В зависимости от рабочей среды и ее параметров арматуру подразделяют на пароводяную (для воды и пара), энергетическую, нефтяную, газовую, канализационную, вентиляционную, криогенную, вакуумную, резервуарную.

По материалу корпусных деталей выделяют арматуру стальную (из углеродистой или легированной стали), из коррозионностойкой стали, титановую, чугунную (из серого чугуна), из ковкого чугуна, цветных металлов, пластмасс, керамики (фарфора) и стекла. Особое место занимает чугунная арматура с защитным неметаллическим коррозионностойким покрытием (резина, пластмасса, эмаль).

По характеру воздействия на арматуру различают:

- рабочую среду (рабочее давление, рабочая температура), транспортируемую по трубопроводу, обслуживаемому арматурой,

- командную среду (командное давление), используемую для передачи командных сигналов, необходимых для управления приводами арматуры,

- управляющую среду (управляющее давление), используемую как источник энергии в пневмо- и гидроприводе арматуры,

- окружающую или внешнюю среду (внешнее давление, температура, влажность).

Управление потоком рабочей среды в арматуре осуществляется при помощи рабочего органа (запорного, регулирующего, смесительного), состоящего из затвора и седла. Затвор дисковый поворотный межфланцевый представляет собой деталь или конструктивно объединенную группу деталей, перемещающуюся или поворачивающуюся (с помощью шпинделя, штока или вала) относительно седла корпуса.

Таким образом, затвор является подвижной частью рабочего органа, седло - неподвижной. Изменением положения затвора относительно седла достигается изменение проходного сечения в рабочем органе и, соответственно, пропускной способности арматуры.

По методу управления арматура может быть управляемой и автоматически действующей (автономной или прямого действия).

Управляемой называется арматура, рабочий цикл которой выполняется по соответствующим командам извне в моменты времени, определяемые рабочими условиями или обстановкой. Команду подают оператор или автоматически действующие приборы, установленные в системе автоматического управления технологическими процессами. К управляемой арматуре относятся все типы запорной арматуры, регулирующие клапаны.

Управляемая арматура может иметь ручной или механический привод, местный или дистанционно расположенный. Арматура с ручным приводом снабжается маховиком и редуктором и, кроме того, может иметь шарнирную муфту для управления дистанционно расположенным приводом (ручным или механическим). В качестве механического привода может применяться электромеханический, электромагнитный, мембранный, поршневой и сильфонный. По конструктивному исполнению привод арматуры может быть насадным (блочным), встроенным и дистанционным.

Автоматически действующей или автономной называется арматура, рабочий цикл которой совершается под действием рабочей среды, без каких-либо посторонних источников энергии. К автоматически действующей арматуре относятся регуляторы давления, регуляторы уровня, конденсатоотводчики, обратные клапаны, предохранительные клапаны.

Применяются следующие методы управления арматурой: ручное с ручным приводом, ручное (кнопочное) с механическим приводом, автоматическое с механическим приводом. При регулировании технологических процессов с применением арматуры различают: автоматическое и ручное, дистанционное и местное, непрерывное и периодическое, бесступенчатое и позиционное (двух- позиционное и более) регулирование.

Наиболее совершенным является дистационное автоматическое непрерывное бесступенчатое регулирование, осуществляемое с использованием регулирующих клапанов с профилированным плунжером, снабженных мембранными пневматическими или электрическими исполнительными механизмами.

Наименее совершенным является ручное местное периодическое регулирование, осуществляемое с использованием регулирующих вентилей с ручным приводом. Для двух- позиционного автоматического регулирования может быть использована быстродействующая запорная (защитная) арматура соответствующей конструкции.

В зависимости от климатических условий эксплуатации, при которых должна работать арматура, она серийно изготовляется для умеренного климата (но может быть изготовлена для умеренного и холодного климата) и в тропическом исполнении. Последняя применяется также в условиях расположения ее в траншеях и боксах, где температура окружающей среды достигает 50°С и выше при высокой влажности воздуха.

Важным требованием для арматуры является обеспечение герметичности запорного органа в закрытом положении и сальникового уплотнения. Герметичность запорного органа регламентирует ГОСТ 9544, в котором предусмотрены три класса герметичности. Герметизация запорного органа осуществляется уплотнительными кольцами из металла его деталей без наплавки или наплавленными, закрепляемыми уплотнительными кольцами из коррозионностойкой стали или с наплавкой сплавом повышенной стойкости, из латуни, бронзы, резины, фторопласта. Уплотнение резиной допускается при f_р от 50 до 110°С в зависимости от марки резины. При t_р < 225°С могут применяться латунь и фторопласт. При более высоких температурах применяют коррозионно-стойкие стали и стеллиты.

По функциональному назначению арматура делится на классы, основными из которых являются следующие:

- Запорная арматура, предназначенная для полного перекрытия потока среды в трубопроводе. По количеству применяемых единиц она составляет около 80% всей арматуры. К запорной относят и пробно-спускную, или контрольно-спускную арматуру, используемую для проверки уровня жидкой среды в емкостях, отбора проб, выпуска воздуха из верхних полостей, дренажа.

- Регулирующая арматура, предназначенная для регулирования расхода рабочей среды с целью регулировать соответствующие параметры технологического процесса (температуру, давление, состав материалов, участвующих в процессе). Регулирующую арматуру составляют регулирующие затворы(вентили) и клапаны, регуляторы давления, регуляторы уровня. К регулирующей относится и дросселирующая арматура, предназначенная для работы при больших перепадах давления.

- Распределительно-смесительная арматура, используемая для распределения потока среды по определенным направлениям. К ней относятся распределительные клапаны (распределители) и распределительные краны. Распределительно-смесительная арматура используется и для смешения различных сред, например холодной и горячей воды.

- Предохранительная арматура, служащая для предохранения обслуживаемого объекта от чрезмерного повышения давления путем выпуска избыточного количества рабочей среды. К предохранительной арматуре относятся предохранительные клапаны, импульсные предохранительные устройства, мембранные разрывные устройства, перепускные клапаны.

- Защитная арматура, предназначенная для защиты оборудования от аварийных изменений параметров рабочей среды. В отличие от предохранительной, защитная арматура при возникновении аварийных условий закрывается и отключает обслуживаемый участок, чем предохраняет его от недопустимых воздействий. К защитной арматуре относятся защитные (отсечные) клапаны, обратные клапаны и затворы, отключающие клапаны. В качестве защитной арматуры часто применяют различные быстродействующие типы запорной арматуры (клапаны, задвижки, заслонки, краны).

- Фазоразделительная и массоразделительная арматура, предназначенная для автоматического разделения рабочих сред в зависимости от их фазы и состояния. К ней относятся конденсатоотводчики, воздухоотводчики и маслоотделители.

В основном классе можно выделить конструкции, выполняющие ограниченные функции, в связи с чем образуются подклассы, например, дроссельная арматура -регулирующая, предназначенная для работы при больших перепадах давления. Каждый класс арматуры может включать различные типы арматуры, причем каждый тип арматуры может иметь конструктивные разновидности.

В зависимости от конструкции присоединительных патрубков арматура подразделяется на фланцевую, муфтовую, цапковую, штуцерную и с патрубками под приварку. Фланцевая имеет присоединительные патрубки, снабженные фланцами, муфтовая - муфты с внутренней резьбой. Арматура для канализационных сетей может иметь муфтовые патрубки без внутренней резьбы, конусные полости которых при соединении с трубой герметизируются резиновым кольцом и заполняются уплотняющим материалом (битум, цемент, свинец). Цапковая арматура имеет присоединительные патрубки с прокладочным уплотнением и наружной резьбой, штуцерная —с наружной резьбой без прокладочного уплотнения. Арматура под приварку имеет присоединительные патрубки, предусмотренные и подготовленные для приварки к трубопроводу.

Не все конструкции арматуры могут нормально работать, будучи установлены в любом рабочем положении. В связи с этим (по способу расположения арматуры при монтаже) она может быть подразделена на конструкции, допускающие монтаж в любом рабочем положении, допускающие установку только с вертикальным положением шпинделя или крышкой вверх на горизонтальном трубопроводе и допускающие установку только на вертикальном трубопроводе.

В зависимости от способа герметизации подвижного сопряжения шпинделя (штока) с крышкой арматура подразделяется на сальниковую, сильфонную, мембранную и шланговую. Некоторые конструкции сильфонной арматуры для повышения надежности имеют дублирующий сальник, который герметизирует соединение в случае выхода сильфона из строя.

По способу перекрытия потока среды арматура подразделяется на следующие типы:

- Задвижка - затвор в виде диска, пластины или клина перемещается возвратно-поступательно вдоль своей плоскости, перпендикулярно к оси потока среды. Наиболее часто используются стальные задвижки – преимущественно задвижка клиновая. Задвижка может изготавливаться практически любого Ду.

- Клапан - затвор в виде тарелки или конуса, который перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока среды в седле корпуса арматуры; клапан, в котором затвор перемещается с помощью винтовой пары и управляется вручную, называется вентилем.

- Кран - затвор, имеющий форму тела вращения (или части его), поворачивается вокруг своей оси, расположенной перпендикулярно к оси потока среды.

- Затвор (заслонка) - затвор, имеющий форму диска, поворачивается вокруг оси, расположенной в плоскости затвора или параллельно ей.

- Мембранный клапан - затвор в виде упругой мембраны, перемещается вдоль оси потока в седле клапана.

- Шланговый клапан - перекрытие потока осуществляется путем пережима эластичного (резинового) шланга, внутри которого проходит транспортируемая рабочая среда.