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.

Применение запорной арматуры для перекрытия потока в водопроводах

Для строительства любой трубопроводной системы в обязательном порядке понадобятся трубы, соединительные фитинги и устройства, способные управлять движением рабочей среды. Такие элементы получили название запорно-регулирующей арматуры. Запорная арматура является важнейшей составной частью любого трубопровода.

Назначение и применение запорной арматуры в водопроводных системах

И если регулирующая арматура позволяет контролировать пропускную способность того или иного участка трубопровода, то у запорных устройств основная функция заключается в полной остановке движения носителя. Впрочем, современные устройства постепенно стирают эту грань. Почти каждый регулирующий элемент способен выполнять роль запорного и наоборот.

Существует перечень общих характеристик, которыми должно обладать любое запорное устройство:

• Способность выдерживать определённый уровень температуры и давления.
• Необходимая пропускная способность.
• Антикоррозийное покрытие, защищающее металл от ржавчины.

Последний параметр применим лишь к металлическим изделиям, подверженным коррозии. Вообще же, водопроводная арматура может изготавливаться из различных материалов: латуни, бронзы, стали, чугуна, пластмассы и т.п.

Разновидности и особенности конструкции

В зависимости от способа функционирования и конструктивного исполнения, запорную арматуру можно разделить на несколько категорий:

Задвижка

Разновидность запорного устройства, оснащённого подвижным элементом, устанавливаемым либо вдоль движения носителя, либо поперёк. Изготавливаются преимущественно из чугуна. По конструкции задвижки можно разделить на две группы:

• Параллельные. Рабочий орган задвижки представляет собой два стальных диска, расположенных параллельно друг другу.
• Клиновые. Оборудованы двумя металлическими кольцами, размещёнными под углом.

Обратите внимание! Если седло задвижки совпадает по диаметру с сечением трубы, то задвижка считается полнопроходной. Также, существуют варианты, когда задвижка делается уже рабочей трубы.

Основная область применения задвижек – крупные трубопроводы диаметром больше 50 мм. Размер трубы накладывает на эти устройства повышенные требования по прочности и надёжности. Такая запорная арматура позволяет перекрывать движение носителя плавно, защищая элементы системы от гидроудара.

Впрочем, иногда это достоинство превращается в недостаток, поскольку быстро открыть или перекрыть трубопровод в случае аварийных ситуаций устройство не сможет. Регулировку потока рабочей среды при помощи задвижки также производить не получится, этот элемент может работать только в качестве запора.

В момент движения запирающего механизма, уплотняющие элементы подвергаются сильному трению. При частом использовании это быстро приводит к их истиранию и, как следствие, нарушению герметичности в месте перекрытия.

Для водопроводных сетей с холодной водой чаще применяются чугунные задвижки, тогда как для горячей воды стоит предпочесть стальные изделия, менее чувствительные к частым перепадам температур. Наиболее практичными считаются задвижки из универсальных сплавов, они одинаково хорошо будут выполнять свои функции в любых трубопроводных сетях.

Заслонка

Простота конструкции и практичность делают этот вид запорной арматуры очень популярным. Заслонка представляет собой, по сути, диск, расположенный внутри трубопровода и способный вращаться вокруг своей оси, перекрывая поток рабочей среды.

Заслонки могут эксплуатироваться в любых типах трубопроводов, от частных домов и квартир до магистралей диаметром свыше одного метра. Управление заслонкой малого диаметра проще осуществлять вручную, в крупных сетях элемент может оснащаться электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом. По способу монтажа делятся на фланцевые и бесфланцевые.

Наиболее распространённая в быту разновидность запорной арматуры. Представляет собой корпус с запорным устройством (диском, шаром, клапаном и т.п.), уплотнителями и элементом управления потоком носителя (ручкой, вентилем и т.п.). Очевидным достоинством такого устройства является его компактность, удобство использования и возможность ремонта.

Это важно! Ремонту подлежат не все разновидности кранов. Так, шаровые краны являются неразборными и, в случае выхода из строя, подлежат полной замене.

В зависимости от назначения краны подразделяются на несколько видов:

• Проходные. Монтируются на ровных участках трубопроводных систем.
• Угловые. Предназначены для создания линий различной конфигурации.
• Смесительные. К центральному отверстию подводятся два трубопровода, что позволяет смешивать, к примеру, холодную и горячую воду.

Вентиль

Данная разновидность запорно-регулирующей арматуры чаще используется для регулировки потока рабочей среды, т.е. запорная функция элемента является вторичной.

Корпус вентиля представляет собой Т-образную конструкцию, сплошная часть которой является частью трубопровода, а вертикальная содержит движущийся запорный элемент в виде поршня. Перемещаясь вдоль своей оси, поршень может изменять интенсивность потока носителя, вплоть до его полной остановки.

К этой же категории можно отнести обратный клапан – элемент, препятствующий обратному движению потока. При нормальном движении потока, под действием его напора, запорный элемент клапана поднимается вверх. Если же поток носителя ослабевает или обращается вспять, запорный элемент опускается, полностью блокируя данный участок трубопровода.

Окончательный выбор элементов запорной арматуры должен соответствовать их функционалу и условиям эксплуатации.

Особенности установки в водопроводных системах

Монтаж запорных элементов трубопровода должен обеспечивать надёжное соединение и оставлять возможность для ремонта или оперативной замены в случае необходимости.

Прежде чем выбрать тот или иной тип устройства и способ его монтажа, следует чётко понимать, какие задачи будет выполнять трубопроводная система, с каким типом носителя работать и в каких условиях. Это позволит сделать трубопровод максимально надёжным, удобным в эксплуатации и долговечным.

Процедура монтажа запорной арматуры может быть произведена одним из трёх способов.

Сварное соединение

В частных трубопроводных сетях монтаж посредством сварки применяется достаточно редко. Этот способ можно считать самым надёжным и обеспечивающим наилучшую герметичность, но он обязательно потребует навыков работы со сварочным аппаратом. Кроме того, ремонт арматуры может оказаться весьма проблематичным, поскольку для этого устройство придётся вырезать из трубопровода.

Тем не менее, на больших промышленных трубопроводах такой способ монтажа все ещё успешно применяется.

Порядок проведения работ в этом случае примерно такой:

• В предполагаемом месте установки элемента запорной арматуры вырезается участок трубопровода соответствующей протяжённости.
• Края трубопровода выравниваются и шлифуются.
• Арматура устанавливается на место и тщательно фиксируется посредством сварных швов.
• Далее, швы проверяются на герметичность.
• На последнем этапе швы зачищаются и обрабатываются защитным покрытием.

Резьбовое соединение

Является разъёмным, что обеспечит в случае поломки быструю и лёгкую замену вышедшего из строя элемента запорной арматуры. Для монтажа могут понадобиться следующие инструменты:

• Болгарка или ножовка по металлу.
• Устройство для нарезания резьбы.

• На концах соединяемых труб накручивается резьба.
• На подготовленные резьбовые сгоны накручиваются контргайки.
• Укомплектованные контргайками сгоны поочерёдно или одновременно вкручиваются в корпус запорного элемента.
• Герметизация резьбового соединения производится при помощи сантехнической льняной нити или специальной ФУМ-ленты. Перед окончательным затягиванием гаек, между ними и торцами устройства накручивается дополнительный слой уплотнителя.

Соединения, полученные в результате таких манипуляций, получаются надёжными и прочными. Однако, стоит принимать во внимание, что они рассчитаны на работу в сетях с давлением до 100 атмосфер.

Установка при помощи фланцев

Фланцевое соединение, как правило, достаточно громоздкое, поэтому его используют преимущественно на магистральных сетях. Суть такого способа монтажа заключается в надёжном болтовом соединении запорного элемента, оборудованного фланцами, с краями трубопровода, на которых при помощи сварки также закреплены фланцы.

Для должного уровня герметичности, между парами фланцев помещаются уплотнительные прокладки. Такой способ монтажа обеспечивает работу при показателях давления в системе до 200 атмосфер.