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.

§ 88. Арматура в системах горячего водоснабжения

В системах горячего водоснабжения для смешения горячей и холодной воды используют различные смесители, предназначенные для умывальников, моек, ванн и душевых кабин. Выпускают также комбинированные смесители, которые подают воду к умывальнику и ванне, и смесители, имеющие специальное назначение.

Запорный орган смесителей, применяемых в системах горячего водоснабжения, вентильного типа. В качестве уплотнительных прокладок и сальниковой набивки используют теплостойкую резину, фибру или другие термостойкие материалы, разрешенные к применению для этих целей санитарно — эпидемиологической службой.

По конструкции смесители изготовляют настольные, устанавливаемые непосредственно на умывальниках и мойках, и настенные, устанавливаемые на стене, над бортом умывальника или мойки.

Рис. 177. Смесители для умывальников:

а —настольный с верхней камерой смешения, б —настенный с верхним наливом; 1 — излив, 2— сетка, 3— сальниковая втулка, 4— сальниковая набивка, 5 —шпиндель, 6 — крышка корпуса, 7 — корпус крана, S — клапан, 9, II — прокладки, 10 — седло, 12 — шайба, 13 — гайка, 14 — гайка накидная, IS — втулка,, 16 — тройник, 17 — гайка конусная, 18 — втулка упорная

Настольный смеситель с верхней камерой смешения и высоким изливом воды (рис. 177, а) устанавливают непосредственно на умывальнике. Настенный смеситель с верхним изливом (рис. 177,6) крепится на стене над умывальником.

На рис. 178, а показан настольный смеситель для мойки с верхней камерой смешения воды, а на рис. 178, б — настенный смеситель для мойки с верхним изливом воды.

Рис. 178. Смесители для моек:

а—настольный с верхней камерой смешения, б — настенный с верхним изливом

Смеситель для ванн со стационарной душевой трубкой и сеткой (рис. 179) вместо стационарной трубки может комплектоваться гибким шлангом с душевой сеткой.

Рис. 179. Смесители для ванн со стационарной душевой трубкой и сеткой

Общий смеситель для ванны и умывальника со стационарным душевым устройством (рис. 180) состоит из смесителя с корпусом, имеющим камеру смешивания, двух вентилей 3, поворотного носика излива 4 длиной 320 мм, двух отступов 5 диаметром 15 мм со штуцерами для подключения к трубопроводам горячей и холодной воды, пробкового крана с рукояткой 2 для переключения смешанной воды на излив в ванну или душ. Расстояние между штуцерами смесителя равно 150 мм.

Рис. 180. Общий смеситель для ванн и умывальников со стационарным душевым устройством: 1 — смеситель, 2 — рукоятка, 3 — вентиль, 4— поворотный носик излива, 5 — отпуск, 6 — подающая труба с сеткой

С помощью отступов 5 это расстояние можно изменить на ± 6лш.

Смеситель для душа с душевой трубкой и сеткой (рис. 181) устанавливают с открытыми подводками к нему трубопроводов горячей и холодной воды.

Рис. 181. Смеситель для душа с душевой трубкой и сеткой

Конструкция настенного локтевого смесителя для медицинского умывальника (рис. 182) должна обеспечивать поступление холодной воды до поступления горячей. Открывается и закрывается смеситель путем поворота локтем рычага ручки.

Рис. 182. Смеситель для медицинского умывальника

Термостатический смеситель (рис. 183) — автоматическое устройство для поддержания постоянной температуры горячей воды на водоразборе в пределах от 10 до 50° С.

Рис. 183. Термостатический смеситель: 1 — корпус, 2 — золотник, 3 — смесительная втулка, 4 — фильтр, 5 — обратный клапан, 6 — установочная головка, 7 — термопатрон

На подачу воды необходимой температуры смеситель настраивают установочной головкой 6. Чувствительный элемент термосмесителя — биметаллическая пружина, один конец которой связан с вращающимся трубчатым золотником 2.

Горячая и холодная вода смешиваются в приборе следующим образом. Горячая и холодная вода с разных сторон одновременно через фильтры 4 поступает в распределительные кольцевые камеры корпуса 1. Из камер через щелевые окна, расположенные по окружности смесительной втулки 3, горячая и холодная вода подходит к окнам золотника 2 и через них попадает во внутреннюю трубчатую часть, где она смешивается.

Смешанная вода по каналу золотника 2 поднимается вверх и вытекает в верхней части корпуса 1 выше термочувствительного элемента термопатрона 7. Затем смешанная вода поступает вниз, проходит через, кольцевые зазоры спиральной биметаллической пружины чувствительного элемента термопатрона 7 и, омывая его, уходит в нижнюю часть корпуса, из которого через сливное отверстие поступает к месту разбора. При омывании смешанной водой термочувствительного элемента спиральная биметаллическая пружина закручивается или раскручивается в зависимости от температуры воды, Это действие передается золотнику 2, связанному с чувствительным элементом термопатрона 7. Золотник при вращении в ту или иную сторону изменяет степень открытия щелевых окон и обеспечивает необходимую дозировку горячей и холодной воды.

В тех случаях, когда прекращается подача холодной воды в смеситель, термопатрон будет омываться только горячей водой. При этом окна золотника перекрываются и подача воды из смесителя прекращается. Чтобы не было поступления горячей воды в систему холодного водопровода или наоборот, на подводках к смесителю устанавливают обратные клапаны 5.

При избыточном давлении в городской водопроводной сети, а также в многоэтажных зданиях для снижения давления и уменьшения непроизводительных потерь воды на вводах водопровода устанавливают регуляторы давления прямого действия «после себя».

Рис. 184. Регулятор температуры системы «Мосэнерго»:

1 — холодильник, 2 — вентиль, 3 — подающий трубопровод, 4 — фильтр, 5, 9 — трубопроводы исполнительной связи, 6 — дроссельная шайба, 7 — манометр, 8 — крестовина, 10 — дренажная воронка, 1/ — термореле ТРБ-2, 12 — трубопровод горячего водоснабжения, 13 — сильфон, 14 — корпус клапана, 15 — золотник, 16 — пружина, 17 — регулировочный маховик, 18 — трубопровод холодной воды

Регулятор температуры системы «Мосэнерго» (рис. 184) автоматически регулирует температуру воды в системе горячего водоснабжения. Регулятор поддерживает температуру воды на выходе из I ступени водонагревателя в пределах 60—65° С путем изменения расхода теплоносителя во II ступени водонагревателя. Регулирование температуры в системах горячего водоснабжения в пределах до 70° С имеет большое значение, так как при более высокой температуре из воды бурно выделяется кислород, который вызывает коррозию труб.

Регулятор температуры системы «Мосэнерго» работает следующим образом. Если температура воды понизится менее 60° С, биметаллические пластинки термореле разгибаются и прикрывают слив воды из сопла. При этом давление воды в системе и надсильфонной камере увеличится, вследствие чего усилие, действующее на днище сильфона 13, будет направлено в ту же сторону, что и сила натяжения пружины 16. В этом случае золотник 15 клапана увеличит проходное сечение и пропустит больше греющей воды во II ступень водоподогревателя. В результате температура воды горячего водоснабжения повысится и биметаллические пластинки термореле начнут открывать клапан, увеличивая слив рабочей воды из сопла. При этом давление рабочей воды в системе понизится, усилие, действующее на днище сильфона, уменьшится, и золотник 15 клапана уменьшит пропуск греющей воды.