Затвор дисковый — разновидность, конструкции, правила эксплуатации и монтажа

Запорная арматура — неотъемлемая частью любых трубопроводов как промышленного, так и хозяйственно-бытового назначения. Одним из ее видов является затвор дисковый, уверенно занимающий свою нишу среди приборов аналогичного назначения.

Чтобы правильно выбрать необходимую дисковую затворную арматуру, следует знать принцип ее работы, материалы изготовления, предлагаемые на рынке разновидности приборов. Задача подбора осложняется тем, что в конструктивном исполнении дисковых затворов имеются несколько основных вариантов, напрямую влияющих на их технические характеристики.

Рис. 1 Дисковая арматура с рычажным управлением

Особенности дисковых затворов

Дисковый затвор это разновидность арматуры, в которой перекрытие потока рабочего тела осуществляется за счет поворота элемента в форме диска, расположенного на перпендикулярной или под некоторым углом оси его движения. Дисковая арматура имеет следующие особенности:

• Дисковые затворы могут выполнять следующие функции: запорную, регулирующую, аварийного срабатывания, продувку, сброс рабочего тела.
• Запорный диск располагается на пути потока, поэтому снижает сечение проходного канала и оказывает дополнительное гидравлическое сопротивление на рабочую среду.
• Затворы дискового типа — это неполнопроходная арматура. В связи с этим осложняется механическая прочистка трубопроводов с ее использованием.

Рис. 2 Затворы с редукторами

• Дисковую арматуру относят к запорно-регулирующей, то есть с ее помощью управляют перекрытием и объемом подачи транспортируемой среды.
• Затворы дискового типа – в основном арматура двухстороннего применения, размещение которой не зависит от направления потока рабочего тела.
• В отличии от вентильных кранов, регулировка в затворах с дисками осуществляется ступенчато с высокой точностью. Это связано с их конструктивным исполнением и необходимостью удержания заслонки в фиксированном состоянии при давлении проходящего потока.
• Дисковый затвор, как и шаровой кран, относят к четвертьоборотной арматуре, то есть для его открытия-закрытия достаточно разворота рукоятки на 90°.
• В отличие от традиционного для большинства видов арматуры фланцевого, резьбового, муфтового и под приварку монтажа, дисковую выпускают для межфланцевого подсоединения к трубопроводу. Данная разновидность изделий отличается низким весом, малой продольной длиной.
• При использовании затворов диаметров проходных каналов Dn (условных проходов Ду), начиная с размеров 300 мм и выше, требуется для преодоления проходящего потока, оказывающего давление на диск, слишком большое приложение сил. Поэтому для поворота запора крупнопроходные модели оснащают редукторами. Их рекомендованное применение — с размеров Dn 200 мм или удлиненная рукоятка с Dn от 200 до 300 мм.
• Затвор дисковый поворотный выпускают различных эксцентриситетов, то есть его ось вращения может располагаться в нескольких плоскостях.

Рис. 3 Дисковая арматура с электроприводом

Задвижка клиновая – назначение, классификация, характеристики, установка. В статье подробно рассказывается про клиновые задвижки, где применяют, характеристики и типоразмеры, а также, как устанавливать и эксплуатировать. Возможно будет интересно почитать.

Разновидности

Дисковые затворы делят на следующие типы:

По способу присоединения к трубопроводной магистрали:

Фланцевые. Имеют на корпусе с двух сторон воротниковые или сплошные диски с отверстиями для крепления в разрез трубопровода к его фланцевым торцам. Стягивающие шпильки продеваются сквозь отверстия затвора и фланцевых воротников трубопровода.

Межфланцевые. Затвор дисковый поворотный имеет выступающее резиновое уплотнение по периметру проходного канала и устанавливается между фланцев трубопровода. После стягивания шпильками двух трубных фланцев запорный элемент удерживается между ними за счет зажимного усилия и герметичного уплотнения.

Так как шпильки проходят через отверстия в корпусе устройства, они предотвращают его смещение перпендикулярно потоку рабочего тела.

Данный тип соединения требует высокой точности подгонки затвора под диаметр трубопровода, а также соосности всех стыкуемых элементов.

Под приварку. Затвор, корпус которого выполнен из стали, вваривают в разрез трубопровода. Преимущество данного соединения — отсутствие каких-либо жестких требований к пространственному расположению стыкуемых элементов.

Резьбовые. Некоторые зарубежные компании, к примеру итальянская фирма Rubinetterie Bresciane, выпускают дисковую запорно-регулирующую арматуру в латунных корпусах под резьбовое соединение с трубопроводом. Благодаря ступенчатому управлению диском, она находит применение в бытовых отопительных системах для регулировки потока теплового носителя, идущего в радиаторы.
Муфтовые. Подсоединительные патрубки затворов данного типа имеют гладкую отполированную поверхность под обрезанный конус или цилиндр, рассчитанную на монтаж в трубопровод вместе с герметизирующими уплотнителями.

Рис. 4 Бесфланцевая, фланцевая дисковая арматура с пневмоприводом

По типу привода:

Рукоятка. Так как дисковую заслонку поворачивают на угол 90°, для создания вращательного усилия используют одноручную консоль по аналогии с шаровым краном.

Редуктор. В редукторе для снижения прилагаемого физического усилия используют систему передающих зубчатых колес со штурвалом. Редуктор обычно устанавливают в изделия с Dn свыше 200 мм до размеров в 1400 мм.

Электропривод четвертьоборотный. Устанавливается напрямую во все изделия для автоматизации процесса управления затвором с размерами проходного канала Dn до 600 мм.

Электропривод и редуктор. На затворы больших диаметров условных проходов до 1400 мм устанавливают четвертьоборотный редуктор и многооборотный электропривод. Данное решение позволяет использовать маломощный электропривод, что в целом удешевляет все изделие.

Гидропривод. Некоторые производители выпускают дисковые затворы с гидравлическим приводом, снижающим прилагаемое к поворотному механизму усилие. Однако подобные приводные механизмы встречаются довольно редко.

Пневматический привод. Данный тип управления с помощью сжатого воздуха встречается немного чаще, чем с гидроприводом, устройства применяются в некоторых промышленных сферах.

Рис. 5 Затвор дисковый безфланцевый осевой — конструкция

По наличию эксцентриситета:

Без эксцентриситета. При таком устройстве затвор поворотный имеет форму бабочки (баттерфляй) и располагается на центральной оси строго перпендикулярно направлению потока.

В осевом (концентрическом) затворе используют полимерные седла и мягкие уплотнения, соответственно они могут функционировать в ограниченном диапазоне рабочих температур и давлений. Осевая дисковая арматура также чувствительна к рабочей среде с твердыми и абразивными частицами. Стоит отметить, что стоимость данного вида устройств ниже других аналогов.

Рис. 6 Особенности концентрического осевого затвора

С одним эксцентриситетом. Чтобы понять, что представляет собой дисковый затвор с двумя эксцентриситетами, полезно рассмотреть устройства с одним эксцентриситетом, типичный представитель которых — шаровый кран.

В нем ось вращения шара сдвинута в плоскости относительно посадочных седел и расположена перпендикулярно потоку транспортируемой среды. Так как уплотнение происходит в другой плоскости и в нем используются полимерные седла, такой тип затворов чувствителен к твердым и абразивным частицам. Шаровые краны подвержены застойным явлениям, имеют относительно большие габариты и вес, высокую стоимость при изготовлении устройств значительных диаметров.

Рис. 7 Один эксцентриситет в шаровом кране и его особенности

С двумя эксцентриситетами. В данной конструкции ось вращения диска сдвинута в двух плоскостях относительно седельных уплотнителей. В отличии от шарового крана, где его шток находится позади точки перекрытия проходного канала на его центральный оси, в этом варианте он смещен от центральной линии вбок.

Также само уплотнение и диск имеют коническую форму в местах соприкосновения. Благодаря этому уплотнитель не так сильно изнашивается, как манжета с острым углом контакта со сферическим затвором в случае рассмотрения устройства шарового крана.

Конструкция дискового затвора с двумя эксцентриситетами чувствительна к твердым и абразивным фракциям. Возможно исполнение седел из полимеров и подпружиненных тонколистовых металлов, в последнем варианте они имеют повышенный износ. Также двухэксцентриковая дисковая арматура способна с высокой степенью герметизации пропускать поток рабочей среды только в одном направлении.

Устройства данного типа отличаются высокой долговечностью и надежностью, имеют в отличие от осевых видов более высокие напорные и температурные характеристики.

Рис. 8 Конструкция двумя эксцентриситетами

Трехэксцентриковые. В данной конструкции помимо двух эксцентриков добавлен третий эксцентриситет, которой выражен в форме измененной геометрии седла. Соответственно в самом затворном диске конфигурация рабочей поверхности плавно переходит с конической в прямоугольную. Таким способом удалось получить при минимальном трении рабочих поверхностей высокую герметичность их соединения.

Преимущества данной конструкции:

• Меньшая чувствительность к абразивным и твердым частицам.
• Отсутствие застойных зон.
• Незначительный крутящий момент.
• Малый износ диска и седел при уплотнении металл по металлу, незначительный при уплотнении металл – графит.
• Герметичность класса А в обоих направлениях.
• Высокие температурные и напорные характеристики.
• Наибольший срок службы благодаря использованию металлов в затворном узле.

Рис. 9 Схема трехэксцентриковой конструкции

Какими бывают задвижки для трубопроводов, устройство и принцип работы. При выборе дисковых затворов для систем водоснабжения, возможно, будет интересно получить общую информацию про виды и конструкции существующих задвижек. Почитайте об этом в отдельной статье.

Конструкция и материалы изготовления

Дисковые затворы имеют несложное конструктивное устройство и состоят из следующих основных узлов:

Корпус. Корпус с фланцами, без фланцев обычно выполняют из чугуна или стали, под приварку идут только стальные изделия. Снаружи корпусные детали окрашивают и защищают эпоксидным покрытием обычно синего цвета, пожарная арматура имеет красную окраску.

Корпуса малогабаритных приборов с резьбой или подсоединительными муфтами изготавливают из нержавейки или латуни, в качестве материала встречается и бронза.

Диск. В бюджетных изделиях эта деталь выполняется из пластика или высокопрочного чугуна ВЧ40 с никелевым покрытием, в более дорогих приборах — из нержавеющей стали. Также нередко диски изготавливают из бронзы, углеродистой стали, иногда металлы покрывают эластомерами (фторопласт).

Уплотнения. Уплотнения могут быть выполнены из этилен-пропилен-диенового мономера каучука EPDM, бутадиен-нитрильного каучука NBR, фтористой резины Viton, фторопласта PTFE.

EPDM применяют на арматуре, работающий в нейтральной среде, это примерно 95% всех изделий. NBR устанавливают в устройства, работающие при транспортировке нефтепродуктов. Viton и фторопласт PTFE предназначены для работы в химически агрессивной высокотемпературной среде.

В наиболее дорогих качественных затворах используются уплотнения металл по металлу из коррозионностойких материалов, имеющие высокие температурные и напорные характеристики.

Рис. 10 Материалы изготовления и конструктивное устройство затвора

Поворотный механизм. Узел для вращения дискового затвора состоит из штока прямоугольного сечения, проходящего в самом диске по его оси. Шток обычно выполняют из нержавейки, он может быть цельным или состоять из двух фрагментов. Для герметизации оси используется сальниковое уплотнение, трение снижают 2 — 3 подшипника, в которых поворачивается шток.

Некоторые типы затворов оснащены дополнительными микропереключателями, связанными с поворотным рычагом. Они позволяют дистанционно отслеживать положение диска, к примеру, в закрытом состоянии нажата кнопка одного из переключателей и на пульте управления горит соответствующий индикатор.

Также многие диски имеют ступенчатый переключатель положений обычно на 5 или 10 градаций. Для подобных затворов существует параметр Кв, носящий название пропускная способность и измеряемый в метрах кубических в час. В паспортных данных этот показатель указан в виде графика или таблицы.

Рис. 11 Полное конструктивное устройство фланцевого затвора

Технические характеристики

Основными параметрами дисковых затворов являются:

Рабочая среда. Допускается транспортировать через поворотную арматуру воду, растворы кислот и щелочей, органические растворители, сточные воды, моющие средства, растворы на гликолевой основе (антифризы).

Диаметр проходного канала Dn. Для большинства выпускаемых приборов он лежит в диапазоне от 32 до 1400 мм.

Номинальное давление Pn. Стандартные параметры 6, 10, 16, 25 бар, напрямую связаны с габаритными размерами, конструкцией и материалами изготовления уплотнителей.

Температуры окружающей среды. Для чугунных изделий температурный диапазон эксплуатации составляет от — 25 до + — 70 °С, сталь выдерживает эксплуатацию при температурах от — 40 до + 70 °С.

Температурный диапазон рабочей среды. Зависит от материала изготовления уплотнений и диска и имеет следующие показатели:

• EPDM — работает в среде от — 25 до + 130 °С.
• NBR — эксплуатируется от — 15 до + 80 °С.
• Viton — может работать в температурном диапазоне от — 15 до + 180 °С.
• PTFE предназначен для эксплуатации при температурах от — 200 до + 200 °С.
• Нержавеющая сталь и графит выдерживают температуры рабочей среды от — 40 до + 350 °С.

Герметичность. Качественная арматура обладает герметичностью класса А в одном или двух направлениях.

Ресурсы. Большинство качественных затворов рассчитаны на 10000 открываний и эксплуатационный срок в 15 лет.

Рис. 12 Правила монтажа дисковой арматуры

Затвор дисковый — особенности монтажа

При монтаже дисковых затворов следует соблюдать несколько перечисленных ниже правил:

• Основное положение оси диска — горизонтальное по отношению к трубопроводу. Связано это с тем, что при таком расположении в местах крепления дискового штока с корпусом не образуются застойные зоны.
• Если технологически не получается установить затвор горизонтально по отношению к оси трубопровода, допустим его монтаж для диаметров от 32 до 350 мм по вертикали и на 90 градусов в одну или другую сторону от этого положения.
• Устройства могут монтироваться только на воротниковые фланцы, запрещена их установка на плоские фланцевые отводы.
• Во время монтажа диск устанавливают в положение открыто.
• Внутренний диаметр ответных фланцев трубопровода должен соответствовать размеру дискового проходного канала.
• Поворотная дисковая арматура при монтаже должна свободно проходить между монтажными фланцами трубопровода.
• Сварочные работы должны проводиться как можно дальше от затворного узла.
• Перед дисковой арматурой желательно устанавливать фильтр грубой очистки, предотвращающий попадание в узел твердых абразивных частиц.

Рис. 13 Стоимость различных типов дисковых затворов

Шиберная задвижка — сфера применения, конструкция, популярные марки. В отдельной статье подробно рассказывается про шиберные задвижки, где применяют, характеристики и типоразмеры, а также, как устанавливать и эксплуатировать. Возможно будет интересно почитать.

Затворы с поворотным диском позволяют эффективно перекрывать и с высокой точностью регулировать поток рабочей среды как в промышленных трубопроводах, так и в бытовых системах отопления, водоснабжения. Хотя конструктивно дисковая арматура не отличается высокой сложностью, существует несколько вариантов ее исполнения с различным эксцентриситетом, позволяющих существенно влиять на эксплуатационные и физические характеристики устройств.