Запорно-регулирующая арматура для сетей водоснабжения и теплоснабжения

Надежная арматура является залогом беспроблемной эксплуатации сетей водо- и теплоснабжения. К арматуре относятся: соединительные элементы трубопроводов, тройники, фланцы, задвижки, шаровые краны и прочие элементы.

Согласно ГОСТ 24856–2014 «Арматура трубопроводная. Термины и определения» известны следующие виды арматуры:

Основные виды:

• запорная арматура – предназначена для перекрытия потока рабочей среды c определенной герметичностью;
• обратная арматура (арматура обратного действия) – предназначена для автоматического предотвращения обратного потока рабочей среды;
• предохранительная арматура – предназначена для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса рабочей среды;
• распределительно-смесительная арматура (распределительная арматура, смесительная арматура) – предназначена для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям или для смешивания потоков;
• регулирующая арматура – предназначена для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения расхода или проходного сечения;
• разделительная (фазоразделительная арматура) – предназначена для разделения рабочих сред, находящихся в различных фазовых состояниях или с различной плотностью;
• отключающая арматура – предназначена для перекрытия потока рабочей среды при превышении заданной величины скорости ее течения.

Комбинированная арматура:

• запорно-регулирующая арматура – совмещает функции запорной и регулирующей арматуры;
• невозвратно-запорная арматура – обратная арматура, в которой может быть осуществлено принудительное закрытие или ограничение хода запирающего элемента;
• невозвратно-управляемая арматура – обратная арматура, в которой могут быть осуществлены принудительное открытие, закрытие или ограничение хода запирающего элемента арматуры.

Арматура также разделяется в зависимости от назначения:

• спускная арматура (дренажная арматура) – предназначена для сброса рабочей среды из систем трубопроводов;
• конденсатоотводчик – предназначен для удаления конденсата;
• защитная арматура (отключающая арматура) – предназначена для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимых или непредусмотренных технологическим процессом изменений параметров или направления потока рабочей среды, а также для отключения потока;
• редукционная арматура (дроссельная арматура) – предназначена для снижения (редуцирования) рабочего давления в системе за счет увеличения гидравлического сопротивления в проточной части;
• контрольная арматура – предназначена для управления поступлением рабочей среды в контрольно-измерительную аппаратуру, приборы.

В системах тепло- и водоснабжения как в промышленности, так и в сфере ЖКХ наибольшее распространение получила запорно-регулирующая арматура.

Вентиль запорный

К запорно-регулирующей арматуре относятся: вентили, задвижки, дисковые поворотные затворы, шаровые краны, предназначенные для перекрытия потока или изменения направления потока.

Запорная и регулирующая арматура монтируется:

• на производственном трубопроводе для обеспечения двухсторонней подачи воды к оборудованию;
• на пожарных стояках с пятью и более пожарными кранами;
• на стояках хозяйственно-питьевой сети в зданиях высотой три этажа и более;
• на ответвлениях от магистральных линий для обеспечения отключения при проведении ремонта отдельных участков;
• на рукавах в каждую квартиру;
• на подводках к смывным бачкам;
• на ответвлениях к групповым душам и умывальникам;
• после регулятора давления.

Следует помнить, что к арматуре, устанавливаемой на сетях тепло- и водоснабжения, а также во внутридомовых системах, должен быть обеспечен легкий доступ для службы эксплуатации.

Для сетей в местах установки арматуры всегда должны устраиваться смотровые колодцы или люки, при скрытом размещении арматуры внутри здания – смотровые лючки.

Рассмотрим подробнее типы арматуры.

Вентиль (клапан) – тип арматуры, у которой запирающий или регулирующий элемент перемещается параллельно оси потока рабочей среды. Основными конструктивными элементами запорного вентиля являются: золотник, шпиндель, корпус с сальниковым или сильфонным уплотнением и бугельный узел. Устройство крепится на трубопроводе посредством резьбового или фланцевого соединения. Вращательное движение шпинделя в ходовой гайке преобразуется в поступательное движение золотника (тарелки клапана). В крайнем нижнем положении последний перекрывает седло, препятствуя прохождению потока рабочей среды. Перемещение запирающего элемента может передаваться и от штока, к которому прикладывается усилие маховика.

Для обеспечения герметичности при перекрытии потока на затворе вентиля закрепляется полимерная или резиновая прокладка, в высококачественных клапанах герметичность достигается уплотнением затвора «металл–металл» за счет тщательной притирки затвора и седла.

Вентиль с перпендикулярным расположением штока относительно оси потока рабочей среды называется прямым, с наклонным расположением штока – косым: он характеризуется меньшим гидравлическим сопротивлением.

Преимущества вентиля:

• отсутствие трения уплотнительных поверхностей в момент закрытия, так как затвор двигается перпендикулярно среде;
• небольшая высота.

Недостатки вентиля:

• большая строительная длина;
• небольшое проходное отверстие;
• эксплуатация только при определенном направлении рабочей среды.

Задвижки устанавливаются на трубопроводах для прекращения подачи воды и отключения отдельных участков сети. Также используются для регулирования расхода воды посредством изменения площади сечения отверстия задвижки. Основное конструктивное отличие задвижки от шарового крана или дискового поворотного затвора заключается в плоском затворе, который закреплен на резьбовом штоке и перемещается перпендикулярно оси потока. Задвижки всегда устанавливаются перпендикулярно движению потока воды. При изготовлении задвижек используется сталь или чугун.

Задвижки бывают параллельные и клиновые.

Корпус параллельной задвижки изготавливают из чугуна или из стали с фланцами и выдвижным или невыдвижным штоком. Параллельные задвижки состоят из двух дисков и расположенных между ними односторонних скошенных клиньев. Вращение маховика, связанного со шпинделем, поднимает диски (открывает задвижку) или опускает диски (закрывает задвижку). Для обеспечения более плотного закрытия клинья при опускании дисков раздвигаются и прижимают диски к гнездам. Параллельные задвижки используют при малых давлениях воды – как правило, не более 10 бар.

Параллельная задвижка. Задвижка включает: 1 – запорный элемент (клиновый или параллельный); 2 – корпус стальной или чугунный; 3 – крышка корпуса чугунная или стальная; 4 – шток резьбовой (стальной); 5 – маховик, редукторный привод или электропривод

Клиновые задвижки изготовляются в полупроходном исполнении с невыдвижным штоком. Плотность перекрытия потока обеспечивается за счет уплотнения «металл–металл» или «металл–резина».

Преимущества задвижек:

• незначительное гидравлическое сопротивление при полном открытии затвора;
• возможность подачи рабочей среды в любом направлении;
• отсутствие поворота рабочей среды;
• широкая линейка типоразмеров.

Недостатки задвижек:

• сравнительно небольшой допустимый перепад давления на затворе;
• невысокая скорость срабатывания в аварийной ситуации;
• возможность заклинивания затвора при колебаниях температуры рабочей среды;
• возможность гидравлического удара в конце хода запорных дисков;
• трудности ремонта изношенных уплотнительных поверхностей;
• высокая стоимость ремонта при относительно низкой цене задвижки;
• большая строительная высота и масса.

При появлении шаровых кранов и дисковых поворотных затворов задвижки применяются реже.

По конструкции дисковый поворотный затвор – это короткий отрезок трубы с регулируемым элементом в виде диска, поворачивающегося вокруг оси и расположенного перпендикулярно к оси прохода. Для герметичности применяются металлические или мягкие резиновые кольца. Принцип работы дисковых поворотных затворов заключается в том, что поворотный диск прижимается к уплотняющей поверхности седла внутри корпуса, преграждает путь потоку воды, а при повороте диска на 90° вода свободно проходит через затвор.

Клиновая задвижка

Поворотные затворы могут монтироваться в любом положении, но затворы больших диаметров рекомендуется устанавливать в горизонтальном положении, так как при вертикальной установке не исключена вероятность заклинивания, связанная с попаданием твердых частиц в область штока. Дисковые затворы могут изготавливаться с эксцентрично установленными дисками. Управление дисковыми поворотными затворами может осуществляться вручную, с использованием редуктора при помощи электропривода, пневмопривода или гидропривода.

Дисковый поворотный затвор

Преимущество дисковых поворотных затворов:

• малый вес, малая строительная длина;
• герметичное перекрытие потока в обоих направлениях;
• небольшое сопротивление, оказываемое поворотным затвором потоку рабочей среды (высокое значение коэффициента K_v);
• сменное седловое уплотнение;
• большой диаметр прохода;
• долговечность. При правильной эксплуатации срок службы – 30 лет;
• запорная и регулирующая функции.

Недостатки дисковых поворотных затворов:

• бoльшие потери напора, чем при установке обычных задвижек;
• пониженная герметичность;
• трудность получения расчетных пропускных характеристик при работе затвора в качестве регулирующей заслонки.

Основные параметры дисковых поворотных затворов регламентируются ГОСТ 25923–89 «Затворы дисковые регулирующие. Ос-новные параметры» и ГОСТ Р25923–89 «Арматура трубопроводная. Затворы дисковые. Общие технические условия».

Шаровой кран – трубопроводная арматура, имеющая запорный или регулировочный узел в форме шара (сферы), используется для перекрытия потока воды, изменения направления потока. Запорным элементом является шар, выполненный из нержавеющей стали и имеющий сквозное отверстие для прохода рабочей среды. Существуют два типа шаровых кранов – с плавающим шаром и с шаром в опорах.

Шаровой кран

Шаровые краны с плавающим шаром используются в трубопроводах с низким давлением и температурой.

Шаровые краны с шаром в опорах используются в трубопроводах больших диаметров с высоким давлением. Перепад давления воспринимается подшипниками опор, а не уплотнительными седлами.

Проходной кран

Изменение направления потока воды происходит с помощью затвора, который можно повернуть на 90°. При этом шар внутри крана поворачивается вокруг своей оси стороной, в которой нет сквозного отверстия, в этом случае поток будет полностью перекрыт.

Угловой кран

На магистральных водопроводах используются шаровые краны, рассчитанные на высокое давление.

Существует три типа шаровых кранов:

1. Проходной кран – направление потока не изменяется.

2. Угловой кран – направление потока изменяется на 90°.

3. Трехходовой кран имеет один входной и два выходных канала.

Преимущества шаровых кранов:

• высокая степень герметичности;
• низкое гидравлическое сопротивление;
• небольшие масса и габариты;
• малое время открытия и закрытия;
• не требуется технического обслуживания в процессе эксплуатации;
• широкая линейка типоразмеров по способу монтажа (фланцевое, муфтовое, под приварку), по виду исполнения (цельносварной корпус или разборный корпус).

Недостатки шаровых кранов:

• повышенные требования к чистоте рабочей среды;
• возможно «прикипание» шара при длительной эксплуатации в закрытом или открытом положении.

Трехходовой кран

Проведя анализ современной запорно-регулирующей арматуры, в заключении можно отметить, что каждый из рассмотренных типов арматуры обладает преимуществами и недостатками, зная которые, можно определиться с выбором арматуры под заданные требования и условия эксплуатации.

Детальная характеристика запорно-регулирующей арматуры

Для герметичного перекрытия потока воды, помимо запорной, может использоваться запорно-регулирующая арматура. Она является неотделимой частью систем отопления и водоснабжения.

Запорно-регулирующая трубопроводная арматура сочетает в себе основные характеристики регулирующей и запорной арматуры и применяется для контроля расхода, соответствия заданным параметрам, верности смешивания жидкости и газов.

Основные виды запорно-регулирующей арматуры

Запорно-регулирующая арматура применяется для систем отопления и водоснабжения, паровой системы, а также в промышленности для предприятий нефтехимии, химии и фармацевтики, где она выполняет задачи по регулировке потока жидкости, пара или газа. Выделяют следующие виды устройств:

1. Седельные.
2. Шаровые.
3. Клиновые.
4. Шиберно-ножевые.
5. Поворотно-дисковые.

Устройство запорного клапана

Общая характеристика седельных клапанов

Седельная арматура может применяться для систем отопления и водоснабжения как с целью регулировки и ограничения, так и в качестве запорного клапана. Основные виды седельной арматуры включают такие комплектующие:

• Сальниковые запорные клапаны;
• Угловые;
• Сильфонные;
• Регулирующие;
• Клапаны высокого давления;
• Продувки котлов.

Конструкция корпуса седельной арматуры исполняется в различных вариантах в зависимости от типа соединения, что необходимо для инженерных систем. В реализации доступны клапаны с такими вариантами соединений:

Существуют различные виды седельной арматуры в зависимости от материала изготовления. Основные разновидности включают корпус из:

• Серого и ковкого чугуна;
• Литой стали;
• Нержавеющей стали;
• Бронзы.

Широкий диапазон рабочей температуры (-60 – +450 ˚С) позволяет использовать седельные клапаны для систем отопления и горячего водоснабжения.

Прочные и химически устойчивые материалы, что используются для изготовления запорного вентиля, позволяют применять такие комплектующие как в условиях нейтральных, так и агрессивных жидкостей и газов. Это наиболее выгодный вариант запорно-регулирующей арматуры с точки зрения стоимости и технических возможностей.

Характеристика и особенности использования шаровых кранов

В шаровых устройствах подвижная часть затвора играет роль регулирующего элемента. Такие устройства применяются для водопроводных систем и включают следующие виды:

• Шаровые краны высокого давления;
• Трехходовые регулирующие;
• Промышленные;
• Шаровые краны, оснащенные металлическими седлами.

Основные достоинства шаровых кранов, что выгодно отличают их от остальных видов запорной и регулирующей арматуры:

• Минимальное гидравлическое сопротивление;
• Надежность устройства;
• Простота в работе;
• Быстродействие;
• Подходят для пожаро- и взрывоопасных, токсичных и агрессивных сред.

Шаровые краны могут иметь различные исполнения концевых элементов и соединений, а именно:

Устройство шарового крана

Шаровые краны могут быть оборудованы электро – или пневмоприводами для автоматизации процесса регулировки потока воды. Удобством шаровых кранов является их длительный срок службы и минимальное обслуживание.

Клиновые задвижки в качестве регулятора потока

Клиновые задвижки отличаются перпендикулярным перемещением регулирующего элемента по отношению к потоку жидкости или газа. Клиновые задвижки могут применяться для систем водоснабжения, отопления, газоснабжения, а также нефтепроводов, технологических и транспортных трубопроводов. Основные характеристики устройства включают:

• Возможность эксплуатации в любых условиях;
• Простота конструкции;
• Надежность;
• Износостойкость;
• Небольшое гидравлическое сопротивление;
• Срок эксплуатации – до 30 лет.

К числу недостатков клиновых задвижек для отопления можно зачислить:

• Длительное время закрытия вентиля;
• Сложность проведения ремонтных работ.

Хотя существуют варианты запорно-регулирующих задвижек, это все же редкость. Чаще всего клиновые задвижки используются в качестве исключительно запорной арматуры, что работает на два положения – открыто и закрыто.

Шиберно-ножевая запорная и регулирующая арматура

Шиберные задвижки укомплектованы запорным элементом плоской формы – шибером. В зависимости от типа конструкции выделяют:

• Однодисковые задвижки;
• Двухдисковые.

Данный тип запорно-регулирующей арматуры используется для работы в условиях сложной рабочей среды – для переработки сточных вод, очистки воды, переработки минерального сырья, химических продуктов. Основные достоинства шиберных задвижек:

• Минимальные требования к обслуживанию;
• Полнопроходность;
• Легко заменяемые кольцевые элементы;
• Полная изоляция ножа-шибера от потока раствора в открытом положении.

Характеристика поворотно-дисковой заслонки

В качестве запорно-регулирующего элемента используется поворотный диск. Заслонки широко применяются для систем отопления, водоснабжения и кондиционирования. В качестве рабочей среды заслонки может выступать техническая или подготовленная вода. Основными элементами данного устройства являются:

• Корпус;
• Диск;
• Верхний вал;
• Нижний вал;
• Седло;
• Подшипники;
• Крышка;
• Кольцевое уплотнение;
• Упорное кольцо;
• Стяжной болт;
• Шпонка;
• Вкладыш;
• Гайки и шайбы.

Основными преимуществами данного устройства являются:

• Низкая стоимость;
• Простота в эксплуатации и обслуживании.

Недостатки поворотно-дисковой заслонки:

• Чувствительность к перепаду давления;
• Ограниченные способности регулировать поток рабочей жидкости.

Вернуться к содержанию ↑

Технологический процесс работы запорно-регулирующей арматуры