Трубопроводная арматура Трубопроводной арматурой называют устройства, монтируемые на трубопроводах, емкостях, котлах и других установках, предназначенные для отключения, распределения, регулирования, смешения или сброса потоков сред. Перечисленные процессы сводятся в общем к двухпозиционному, многопозиционному или непрерывному регулированию расхода среды, если принять периодическое открытие и закрытие запорной арматуры как элемент двухпозиционного регулирования. Путем изменения расхода транспортируемой среды при помощи трубопроводной арматуры осуществляется регулирование различных параметров технологических процессов: давления, температуры, концентрации различных компонентов или количества перемещаемого вещества. Подавляющее большинство изделий арматуры устанавливается на трубопроводах, и значительно меньшая часть монтируется непосредственно на котлах, аппаратах, установках и агрегатах. По области применения трубопроводную арматуру можно разделить на следующие категории: промышленная арматура общего назначения, промышленная арматура для особых условий работы, специальная, судовая и сантехническая. Промышленная арматура общего назначения используется в различных отраслях народного хозяйства. Изготовляется она серийно в больших количествах и предназначается для сред с часто применяемыми значениями давлений и температуры. Этой арматурой оснащаются водопроводы, паропроводы, городские газопроводы, система отопления и т. п. Промышленная а р м а т ур а д л я о с о б ы х условий работы предназначается ддя эксплуатации, при относительно высоких давлениях и температурах, при низких температурах, на коррозионных, токсичных, радиоактивных, вязких, абразивных или сыпучих средах. К этой арматуре относятся: энергетическая арматура высоких энергетических параметров, криогенная, коррозионностойкая, фонтанная, арматура с обогревом, арматура для абр;азнвных гидросмесей и для сыпучих штериалов. С п е ц и а л ь н а я а р м а тура разрабатывается и изготовляется по отдельным заказам на основании особых технических требований. Часто такая арматура изготовляется, например, для экспериментальных или уникальных промышленных установок, в том числе и для атомных электростанций. . Судовая арматура выпускается для работы в специфических условиях эксплуатации ее на судах речного и морского флота е учетом повышенных требований в отношении минимальной массы, вибростойкости, повышенной надежности, особых условий управления и эксплуатации. Сантехнической арматурой оснащаются различные бытовые устройства: газовые плиты, ванные установки, кухонные раковины и др. Изготовляется эта арматура в больших количествах на специализированных предприятиях, имеет небольшие диаметры прохода и в большинстве своем управляется вручную, за исключением регуляторов давления и предохранительных клапанов для газа. В зависимости от рабочей среды и ее параметров арматуру подразделяют на пароводяную (для воды и пара), энергетическую, нефтяную, газовую, канализационную, вентиляционную, криогенную, вакуумную, резервуарную. По материалу корпусных деталей выделяюг арматуру стальную (из углеродистой или легированной стали), из коррозионностойкой стали, титановую, чугунную (из серого чугуна), из ковкого чугуна, цветных металлов, пластмасс, керамики (фарфор) и стекла. Особое место занимает чугунная арматура с защитным неметаллическим коррозионностойким покрытием (резина, пластмасса, эмаль). По характеру воздействия на арматуру различают; рабочую среду (рабочее давление, рабочая температура), транспортируемую по трубопроводу, обслуживаемому арматурой, командную среду (командное давление), используемую для передачи командных сигналов, необходимых для управления приводами арматуры, управляющую среду (управляющее давление), используемую как источник энергии в пневмо- и гидроприводе арматуры, и окружающую или внешнюю среду (внешнее давление, температура, влажность). Управление потоком рабочей среды в арматуре осуществляется при помощи рабочего органа (запорного, регулирующего, смесительного), состоящего из затвора и седла. Затвор представляет собой деталь или конструктивно объединенную группу деталей, перемещающуюся или поворачивающуюся (с помощью шпинделя, штока или вала) относительно седла корпуса. Таким образом, затвор является подвижной частью рабочего органа, седло—-неподвижной. Изменением положения затвора относительно седла достигается изменение проходного сечения в рабочем органе и, соответственно, пропускной способности арматуры. По методу управления арматура может быть управляемой и автоматически действующей (автономной или прямого действия). Управляемой называется арматура, рабочий цикл которой выполняется по соответствующим командам извне в моменты времени, определяемые рабочими условиями или обстановкой. Команду подают оператор или автоматически действующие приборы, установленные в системе автоматического управления технологическими процессами. А в т о м а т ически действующей или автономной называется арматура, рабочий цикл которой совершается под действием рабочей среды, без каких-либо посторонних источников энергии. К управляемой арматуре относятся все типы запорной арматуры, регулирующие клапаны. К автоматически действующей арматуре относятся регуляторы давления, регуляторы уровня, конденсатоотводчики, обратные клапаны, предохранительные клапаны. Управляемая арматура может иметь р у ч но й или мех а-нический привод, местный или д и с т а н ц и он но расположенный. Арматура с ручным приводом снабжается маховиком, маховиком и редуктором и, кроме того, может иметь шарнирную муфту для управления дистанционно расположенным приводом (ручным или механическим). В качестве механического привода может применяться электромеханический, электромагнитный, мембранный, поршневой и сильфонный. По конструктивному исполнению привод арматуры может быть насадным (блочным), встроенным и дистанционным. Применяются следующие методы управления арматурой: ручное с ручным приводом, ручное (кнопочное) с механическим приводом, автоматическое с механическим приводом. При регулировании технологических процессов с применением арматуры различают: автоматическое и ручное, дистанционное и местное, непрерывное и периодическое, бесступенчатое и позиционное (двухпозиционное и более) регулирование. Наиболее совершенным является дистационное автоматическое непрерывное бесступенчатое регулирование, осуществляемое с использованием регулирующих клапанов с профилированным плунжером, снабженных мембранными пневматическими или электрическими исполнительными механизмами. Наименее совершенным является ручное местное периодическое регулирование, осуществляемое с использованием регулирующих вентилей с ручным приводом. Для двухпозиционного автоматического регулирования может быть использована быстродействующая запорная (защитная) арматура соответствующей конструкции. В зависимости от климатических условий эксплуатации, при которых должна работать арматура; она серийно изготовляется для умеренного климата (но может быть изготовлена для умеренного и холодного климата) и в тропическом исполнении. Последняя применяется также в условиях расположения ее в траншеях и боксах, где температура окружающей среды достигает 50 *С й выше при высокой влажности воздуха. Арматура может оснащаться электроприводами в нормальном или взрывозащищенном исполнении, последние применякяся в условиях расположения арматуры, когда окружающая среда содержит пожаро- или взрывоопасные вещества (пари или газы). Важным требованием для арматуры является обеспечение гер-метичности запорного органа в закрытом положении и сальникового уплотнения. Герметичность запорного органа регламентирует ГOCt 9544—75 *, в котором предусмотрены три класса герметичности. Герметизация запорного органа осуществляется уплотни-тельными кольцами из металла его деталей без наплавки или наплавленными закрепляемыми уплотнительными кольцами из коррозионноетойкой стали или с наплавкой сплавом повышенной стойкости, из латуни, бронзы, резины, фторопласта. Уплотнение резиной допускается при < 50 °С в зависимости от марки резины. При < 225 °С могут применяться латунь и фторопласт. При более высоких температурах применяют стеллиты и коррозионно-стойкие стали. Номенклатура серийно выпускаемой арматуры ограничивается определенными нормативными значениями условных диаметров прохода Dy и давлений р^, предусмотренными в параметрических рядах, обязательных для применения. Вновь разрабатываемые конструкции арматуры должны иметь Dy и ру, предусмотренные параметрическим рядом данного типа арматуры. По функциональному назначению арматура делится на классы, основными из которых являются следующие. Запорная арматура, предназначенная для полноп перекрытия потока среды в трубопроводе. По количеству применяемых единиц она составляет около 80 % всей арматуры. К запорной относят и пробно-спускную, или контрольно-спускную арматуру, используемую для проверки уровня жидкой среды в емкостях, отбора проб, выпуска воздуха из верхних полостей, дренажа. Характерным для этой арматуры является малое значение условного диаметра прохода (Dy), Пробно-спускная арматура выпускается в больших количествах. Perулирующая арматура, предназначенная для регулирования расхода рабочей среды с целью регулировать соответствующие параметры технологического процесса (температуру, давление, состав материалов, участвующих в процессе). Регулирующую арматуру составляют регулирующие вентили и клапаны, регуляторы давления, регуляторы уровня. К регулирующей относится и дросселирующая арматура, предназначенная для работы при больших перепадах давления. Рас п р еделительно-смесительная арматура, используемая для распределения потока среды по определенным направлениям. К ней относятся распределительные клапаны (распределители) и распределительные краны. Распределительно- смесительная арматура используется и для смешения различных сред, например холодной и горячей воды. Предохранительная арматура, служащая для предохранения обслуживаемого объекта от чрезмерного повыше¬ния давления путем выпуска избыточного количества рабочей среды. К предохранительной арматуре относятся предохрани^ тельные клапаны, импульсные предохранительные устройства, мембранные разрывные устройства, перепускные клапаны. Защитная арматура, предназначенная для защиты оборудования от аварийных изменений параметров рабочей среды, В отличие от предохранительной защитная арматура при возникновении аварийных условий закрывается и отключает обслуживаемый участок, чем предохраняет его от недопустимых воздействий. К защитной арматуре относятся защитные (отсечные) клапаны, обратные клапаны, отключающие клапаны. В качестве защитной арматуры часто применяют различные быстродействующие типы запорной арматуры (клапаны, задвижки, заслонки, краны). Фазоразделителъная и м а ссо разделительная арматура, предназначенная для автоматического разделения рабочих сред в зависимости от их фазы и состояния. К ней относятся конденсатоотводчики, воздухоотводчики и масло¬отделители. В основном классе можно выделить конструкции, выполняющие ограниченные функции, в связи с чем образуются подклассы, например, дроссельная арматура —регулирующая, предназначенная для работы при больших перепадах давления. Каждый класс арматуры может включать различные типы арматуры, причем каждый тип арматуры может иметь конструктивные разновидности. В зависимости от конструкции присоединительных патрубков арматура подразделяется на фланцевую, муфтовую, цапковую, штуцерную и с патрубками под приварку. Фланцевая —имеет присоединительные патрубки, снабженные фланцами, муфтовая — муфты с внутренней резьбой. Арматура для канализационных сетей может иметь муфтовые патрубки без внутренней резьбы, конусные полости которых при соединении с трубой герметизируются резиновым кольцом и заполняются уплотняющим материалом (битум, цемент, свинец). Цапковая арматура имеет присоединительные патрубки с прокладочным уплотнением и наружной резьбой, цггуцерная —с наружной резьбой без пр оклад очного уплотнения. Арматура под приварку, имеет присоединительные патрубки, предусмотренные и подготовленные для приварки к трубопроводу. Не все конструкции арматуры могут нормально работать, будучи установлены в любом рабочем положении. В связи с этим (по способу расположения арматуры при монтаже) она может быть подразделена на конструкции, допускающие монтаж в любом рабочем положении, допускающие установку только с вертикальным положением шпинделя или крышкой вверх на горизонтальном трубопроводе и допускающие установку только на вертикальном трубопроводе. В зависимости от способа герметизации подвижного сопряжения шпинделя (штока) с крышкой арматура подразделяется на сальниковую, сильфонную, мембранную и шланговую. Некоторые конструкции сильфонной арматуры для повышения надеж¬ности имеют дублирующий сальник, который герметизирует соединение в случае выхода сильфона из строя. По способу перекрытия потока среды арматура подразделяется на следующие типы (табл. 1.2) 1) задвижка —затвор в виде диска, пластины или клина — перемещается возвратно-поступательно вдоль своей плоскости, перпендикулярно к оси потока среды; 2) клапан — затвор в виде тарелки или конуса — перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока среды в седле корпуса арматуры; клапан, в котором затвор перемещается с помощью винтовой пары и управляется вручную, называется вентилем; 3) кран —затвор, имеющий форму тела вращения (или части его), поворачивается вокруг своей оси, расположенной перпендикулярно к оси потока среды; 4) заслонка — затвор, имеющий форму диска, поворачивается вокруг оси, расположенной в плоскости затвора или параллельно ей; 5) мембранный клапан — затвор в виде упругой мембраны, перемещается вдоль оси потока в седле клапана; 6) шланговый клапан — перекрытие потока осуществляется путем пережима эластичного (резинового) шланга,^ внутри которого проходит транспортируемая рабочая среда. Задвижки по типу затвора подразделяются на клиновые и параллельные. Клиновая задвижка имеет клиновой затвор, в котором уплотнительные поверхности расположены под углом друг к другу. Они могут быть с цельным клином (жестким или упругим) и двухдисковым, Параллельная задвижка может быть шиберной (однодисковой или листовой) и двухдисковой с клиновым распором. По характеру движения шпинделя задвижки подразделяются на задвижки с выдвижным шпинделем и с невыдвижным шпинделем. В задвижках с выдвижным шпинделем при открытии и закрытии запорного органа шпиндель совершает поступательное 1.2. Классификация трубопроводной арматуры в зависимости от способа перекрытия потока среды движение, в задвижках с невыдвижным шпинделем — враща-тельиое. К лапаны имеют большое число конструктивных разновидностей. В зависимости от назначения клапаны подразделяютс я на запор ные клан аны, венти л и, регулиру ющие клапаны, предохранительные, перепускные, обратные, отключающие, отсечные, кольцевые, электромагнитные. Клапаны могут быть односедельными и двухседельными, последние применяются обычно только как распределительные и регулирующие. Регулирующий клапан имеет затвор (плунжер), форма которого обеспечивает заданное изменение расхода в зависимости от хода плунжера, в запорном клапане затвор обычно имеет тарельчатую форму. Вентилем называется клапан, затвор которого перемен щается вручную при помощи винтовой пары, образованной шпинделем и ходовой гайкой. В зависимости от направления потока через арматуру клапаны подразделяются на проходные, прямоточные и угловые. В проходных клапанах среда на выходе в корпус имеет то же направление, что и на входе, прямоточные клапаны — проходные со спрямленной линией движения потока. Они имеют меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с проходными. В угловых клапанах направление потока среды на выходе перпендикулярно к направлению потока на входе (под углом 90 °). Маховик проходного вентиля расположен в плоскости, параллельной оси трубопровода, в прямоточных — под углом меньше 90 (обычно под углом в 45 °), в угловых — в плоскости, перпендикулярной к оси седла подводящего трубопровода. Проходные и прямоточные клапаны устанавливаются на прямолинейных участках трубопровода, угловые — в местах поворота трубопровода на угол, равный 90°. В некоторых клапанах конструкция предусматривает пружину или груз для открытия или закрытия клапана автоматически, когда действие перестановочного усилия прекращается. По виду действия эти клапаны подразделяются на нормально открытые (НО), если пружина (груз) удерживает клапан в открытом поло¬жении, и на нормально закрытые (НЗ), если пружина (груз) удерживает клапан в закрытом положении. Перестановочным называется усилие, необходимое для перемещения затвора арматуры в рабочих условиях. Предохранительные клапаны служат для выпуска избыточного количества среды при чрезмерном повышении давления в обслуживаемом объекте (участке). По пропускной способности предохранительные клапаны подразделяются на мало-, средне- и полноподъемные. Малоподъемный предохранительный клапан обеспечивает ход тарелки клапана в 1/40—1/20 часть диаметра отверстия в седле, среднеподъемный —- от 1/20 до 1/4 диаметру полноподъемный —свыше 1/4 диаметра. Предохранительный клапан может иметь одно или два параллельно работающих седла в корпусе, в связи с чем по этому признаку они делятся на одинарные и двойные. По методу нагружения тарелки предохранительные клапаны делятся на рычажно-грузовые и пружинные в зависимости от того, применяются ли грузы или пружина. Импульсным предохранительным устройством (ИПУ) называется устройство, состоящее из главного предохранительного клапана с поршневым приводом и импульсного предохранительного клапана, служащего для управления главным предохранительным клапаном. Включение (открытие) главного предохранительного клапана происходит при повышении давления и открытии импульсного предохранительного клапана, который направляет рабочую среду в привод главного, в результате чего главный предохранительный клапан открывается. Когда установится нормальное рабочее давление в системе, закроется импульсный клапан, а затем и главный. Перепускные клапаны служат для ограничения давления среды до установленной нормы путем перепуска ее через ответвление трубопровода в емкости, давление в которых может быть выше атмосферного. Обратные клапаны предназначаются для предотвращения обратного потока среды в трубопроводе. Запорный орган в обратном клапане открывается прямым потоком среды, а закрывается — обратным. Применяются подъемные и поворотные обратные клапаны. Подъемный обратный клапан имеет запорный орган с возвратно-поступательным движением затвора, поворотный обратный клапан — запорный орган с поворотным диском (тарелкой). Как правило, применяются одиодисковые поворотные обратные клапаны, но существуют конструкции и многодисковых поворотных обратных клапанш. Ко л ь цевой клапан представляет собой клапан с запорным органом (или регулирующим органом), имеющим затвор в виде цилиндра, перемещающегося вдоль оси потока (оси трубопровода), корпус — с кольцевой проточной частью. Краны подразделяются на запорные (проходные), регулирующие, распределительно-смесительные, пробно-спускные; последние имеют один присоединительный патрубок и прямой или изогнутый спуск. По конструкции затвора краны можно разделить на конусные, цилиндрические и шаровые. Краны бывают двухходовыми, трехходовыми и многоходовыми — по числу рабочих положений пробки. Конусные краны могут быть сальниковыми или натяжными, в зависимшти от способа натяжения затвора: сальником в верхней части корпуса или натяжной гайкой в нижней части пробки. P e г у л я т о ра м и д а в л е н и я называются конструкции арматуры, предназначенные для автоматического и автошш- кого поддержания давления рабочей среды на заданном уровне без применения посторонних источников энергии. В зависимости от участка, на котором обеспечивается постоянство давления, бывают регуляторы «до себя» и «после себя», считая по направлению движения потока в трубопроводе. Конденсатоотводчиками называются конструкции арматуры, используемые для отвода конденсата, образующегося в системах или установках. По принципу действия конденсатоотводчики делятся на сопловые, поплавковые, термостатные и термодинамические. Работа поплавковых конденсатоотводчиков основана на использовании различия плотностей пара и конденсата, для чего служит поплавок. Термостатным называют конденсатоотводчик, снабженный термостатом или биметаллическим элементом, работа которого основана на использовании расширения лег-коиспаряющейся жидкости или рас-ширения биметаллического элемента при нагревании. Здесь используется разность температур между паром и конденсатом. Термодинамические конденсатоотводчики снабжены свободно лежащей на седле пластиной, которая управляется автоматически на основе действия газо- и термодинамических свойств пара и конденсата. Г а з о о т в о д ч и к и предназначены для автоматического выпуска накопившегося в жидкости, газа (или пара) во избежание образования газовых (или паровых) пробок в трубопроводе. Маслоотделители служат для отделения масла от воды с целью уменьшения загрязнителей в сточных водах и использования масла после его дальнейшей переработки.
