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.

Запорно-регулирующая арматура. Работа. Устройство

Для регулирования потоков воды иных жидкостей и газа в технологических трубопроводах и конструкциях передачи воды и газа, разного рода гидравлических системах и механизмах находит применение регулирующая, а также запорно-регулирующая арматура и устройства для регулирования и поддержания параметров системы. Этот вид арматуры можно отнести к техническим устройствам, работа которых позволяет выполнять операции по отключению потока, регулированию, смешиванию потоков, а также позволяет в необходимых параметрах изменять площадь (диаметр) проектного сечения трубопровода.

Используемая регулирующая и запорная оснастка, перекрывая полностью или частично, распределяя гидропоток, обеспечивая смешивание протекающей рабочей жидкости, газа, позволяет регулировать несколько параметров в системе. В том числе выравнивается и регулируется давление, напор, объем, в некоторых случаях можно регулировать и температуру жидкости.

Запорные клапаны – это компоненты гидравлических и газовых систем, используемые в датчиках уровня и расходомерах, а также в промышленных установках и трубопроводах общего назначения, применяемые при устройстве гидросистем жилых и общественных зданий, промышленных объектов. Запорная арматура для трубопроводов, при ее использовании позволяет, прежде всего, остановить поток рабочей жидкости или газа, поэтому она и получила такое название. Запорный клапан не используется (не рекомендуется к использованию) в качестве регулирующего клапана для регулирования потока, для этой цели используются смесители, регулирующие клапаны, дроссели и другие виды технологических устройств регулирования. В зависимости от формы, назначения, конструктивного исполнения, цели использования, запорная арматура может выполнять функцию запорно-регулирующей.

Устройство запорных кранов

Чаще всего применяемая в системах распределения разного рода технологических жидкостей и газов запорно-регулируемая арматура устроена в виде шарового крана. Благодаря своим свойствам они необходимы для правильного функционирования установок в частных домах, производственных помещениях, на промышленных предприятиях и везде, где требуется водопровод, газоснабжение. Шаровые краны отключают подачу воды, с помощью рычага, перемещающего стальной шарик в седле клапана. Однако они не регулируют в должной степени скорость потока; они только закрывают или открывают поток. Благодаря своей характерной структуре они очень прочные и надежные. Их устойчивость к проявлению механических повреждений и минимальный риск загрязнения делает их долговечными, и гарантирует их функциональность в течение многих лет после установки.

По своей конструкции шаровой кран собирается в корпусе, имеющем проточку для седла, запорного шарика, рычага открытия клапана. Технологическая жидкость или газ протекают через отверстие в шаре, когда клапан открыт. Когда его закрывают, шарик перемещается в гнезде сторонами без отверстия и блокирует поток. Для перекрытия достаточно поворота рычага на четверть оборота. Эта функция чрезвычайно важна в случае поломки, такой как разрыв трубы, когда поток воды должен быть закрыт быстро, чтобы предотвратить утечку.

Самые популярные типы шаровых кранов:

• полудюймовый шаровой кран – такой шаровый кран применяется в гидросистемах для подсоединения гидравлических систем в домах, квартирах, разводки водоснабжения внутри зданий, находит применение и для систем отопления;
• двухдюймовый шаровой кран – устанавливается в качестве основного клапана в жилых домах, на вводе в промышленных зданиях и иных объектах на центральных трубопроводах;
• фланцевый шаровой кран – монтируется в распределительных устройствах, на трубах больших размеров для усиления механических соединений;
• шаровой кран с фильтром – помимо своей обычной функции он также фильтрует загрязнения.

Запорно-регулирующую арматуру при выполнении монтажных работ допускается устанавливать практически в любом положении – нужно только обратить внимание на правильное направление движения основной среды, которое должно соответствовать отметке на корпусе.

Как работает запорные и регулирующие краны?

В большинстве случаев запорно-регулирующая арматура находит свою работу на трубопроводах, где требуется контроль объема подачи горячей и холодной воды и давления в системе. Кран обычно имеет рукоятку с перемещением на четверть оборота реже на пол-оборота, чтобы легко переключаться из открытого положения в закрытое положение в случае выполнения таких работ, как устранение течи, выполнение иных ремонтных работ.

Для вентильных устройств необходимо повернуть рабочий маховик или колесо на несколько оборотов вокруг оси, до тех пор, пока запорный механизм не ляжет на седло и не перекроет поток. Запорная арматура не дает широкой возможности контролировать поток воды или давление, которое максимально в открытом положении. Располагается запорная арматура между источником, центральным распределительным пунктом воды (газа) в доме или ином здании и системой распределения внутри отдельного помещения.

Запорные клапаны используются как отсекающие поток устройства, они обеспечивают перекрытие потока. Их устанавливают до и после таких элементов, как: бойлер, насосы, фильтры, теплообменники, резервуары для горячей воды для бытового потребления, распределители напольного отопления. Кроме того, в этих установках имеются специальные запорные клапаны, имеющие отличную форму для использования («прямые» или угловые), которые позволяют отключать любой радиатор во время технического обслуживания или ремонта, не затрагивая другие радиаторы в установке центрального отопления.

Виды запорной, регулирующей и запорно-регулирующей арматуры

• Краны. Чаще всего стандартные водопроводные краны диаметром от трех восьмых до одного, полутора дюймов. Обычно это шаровые или вентильные краны на вводе в квартиру, отдельные помещения.
• Вентили (клапаны). Применяются там же, где и краны, но также могут устанавливаться на трубах диаметром до полутора-двух дюймов, могут устанавливаться на внутридомовых распределительных сетях.
• Задвижки – устройства для использования на магистральных трубопроводах, диаметром от двух дюймов и более.
• Заслонки. Применяются на магистральных трубопроводах горячего и холодного водоснабжения, отопления.

Вид запорно-регулирующей арматуры, обеспечивающей регулирование заданных технологическими условиями и параметрами состояний рабочей среды, расхода, а также для поддержания необходимого давления системы в проектных пределах называется регулирующей арматурой.

Это может быть:

• регулирующий клапан, способный уменьшить или увеличить поток жидкости или газа;
• запорно-регулирующий клапан, который помимо регулирования может обеспечить полное запирание системы;
• смесительный клапан, который может обеспечить смешение нескольких потоков в заданной пропорции;
• регулятор давления прямого действия, устройство, которое используется, если необходимо обеспечить точное регулирование или поддержание давления в системе;
• регулятор уровня жидкости или газа чаще всего с обратной связью по уровню расхода или иным параметрам.

Как часто нужно обслуживать?

Средний срок службы и регламент обслуживания той или иной запорной арматуры зависит от типа, места использования, нормативных сроков, которые определяются производителем и эксплуатирующей организацией. В среднем, для квартирной запорно-регулирующей арматуры сроки проверки составляют один год. Минимум раз в год запорная арматура должна проверяться на герметичность и исправность. Осмотры запорной арматуры в квартире желательно производить не реже одного раза в полгода. Трубопроводная арматура на магистральных сетях, в распределительных пунктах и на иных технологических узлах обслуживается не реже одного раза в год, чаще всего во время технологических перерывов в работе или при проведении плановых ремонтных работ.

Компоненты сетей водоснабжения, в том числе элементы запорной и запорно-регулирующей арматуры, применяемые в системе водоснабжения, следует выбирать с учетом коррозионной активности воды, чтобы обеспечить нормативные сроки службы. Установки водоснабжения могут быть сделаны только из материалов, имеющих действующий гигиенический сертификат. Одобрение требуется не только для труб, фитингов или арматуры, но и для других материалов, контактирующих с водой, таких как уплотнения, клеи, краски. Об этом следует помнить при выборе той или иной арматуры для сети водоснабжения.

Застой воды в установке может повлиять на работу запорно-регулирующей арматуры за счет увеличения концентрации разного рода активных растворенных веществ, взвешенных веществ и роста бактерий, которые могут оказывать негативное влияние на работу узлов системы. Степень износа зависит от материалов, из которых изготовлена установка, и от ее технического состояния, состава воды из водопроводной сети. Ухудшение качества будет тем больше, чем выше температура и, тем дольше неподвижность воды в системе, поэтому, если эксплуатация той или иной системы не производится – периодичность осмотров и технического обслуживания может осуществляться чаще.

По гигиеническим причинам необходимо промывать систему после периодов бездействия. Фрагменты установок, которые используются редко или в течение короткого периода времени, должны быть изолированы после использования и промыты перед перезапуском. Также перед запуском системы следует выполнять техническое обслуживание запорно-регулирующей арматуры, чтобы удалить окислы, ржавчину, промыть от механических отложений и накоплений песка, иных взвесей, которые могут появляться в результате длительного простоя системы.

Может ли быть запорная арматура регулирующей?

Использование запорной арматуры в качестве запорно-регулирующей или регулирующей допускается и возможно с оптимальными характеристиками лишь на стороне конечного потребителя, там, где используется трубопровод диаметром не более 25-32 мм. Например, при неполном открытии вентильного крана на подающем в квартиру трубопроводе холодной или горячей воды можно обеспечить статическое регулирование давления в системе квартиры, регулировать поток. Но регулирование возможно только в меньшую сторону от максимального потока и давления и при этом не в значительных объемах. И как показывает практика, куда более эффективное регулирование обеспечивается смесителями и другой регулирующей арматурой.

Регулирование потока и давления на магистральных трубопроводах при неполном открытии задвижек и заслонок также может обеспечить снижение давления, потока, но может негативным для работы всей системы магистрального трубопровода и вызвать определенные режимы работы, которые будут отличаться от проектных. Именно поэтому, использование запорной, запорно-регулирующей и регулирующей арматуры должно выполняться только по их прямому назначению, выполняя проектные функции и задачи, которые возложены на тот или иной элемент сети.