Дисковые затворы
(812) 611-08-45
th@armatek.ru

Дисковые затворы

Дисковые затворы АРМАТЭК

Дисковые затворы

Дисковый затвор ─ один из типов арматуры наряду с задвижкой, краном и клапаном. Имеющий форму диска запирающий или регулирующий элемент дискового затвора поворачивается вокруг оси, расположенной перпендикулярно либо под углом к направлению потока рабочей среды.

Ходом дискового затвора, как и еще одного типа трубопроводной арматуры ─ крана─ является вращательное перемещение запирающего (регулирующего) элемента.

Дисковые затворы ─ надежный и перспективный тип трубопроводной арматуры, используемый при широком диапазоне рабочих давлений и температур.

Несколько слов об истории дискового затвора

История изобретения дискового затвора, как, впрочем, и других типов трубопроводной арматуры, теряется в глубине веков. Во всяком случае, т. н. захлопки или их прототипы (захлопкой называли конструктивно выполненную в виде дискового затвора обратную арматуру) использовались в водяных насосах, появившихся еще в цивилизациях Древнего мира ─ в Греции и Риме.

Есть несколько дат, на которых обязательно акцентируют внимание подавляющее большинство зарубежных и отечественных информационных источников, так или иначе затрагивающих тему прошлого дисковых затворов.

Это период с 1774 по 1784 годы, в течение которого над совершенствованием паровой машины работал знаменитый британский изобретатель Джеймс Уатт, именем которого названа единица мощности в системе СИ ─ ватт. В конструкцию созданного им без всяких кавычек величайшего технического устройства входил поворотный затвор.

Вторая дата ─ самое начало XX столетия, 1901 год, когда затвор поворотный дисковый под названием «дроссельная заслонка» был использован в топливной системе собранного в Германии автомобиля Mercedes.

И если на первом этапе своего существования дисковые затворы использовались преимущественно в качестве не очень герметичной арматуры на трубопроводах большого диаметра, совершенствование конструкции позволило применять их при более высоких значениях температуры и давления, что обеспечило продвижение в области производства с тяжелыми условиями эксплуатации.

Успехи химической индустрии, результатом которых стало появление новых материалов для изготовления уплотнительных элементов, еще больше расширили возможности дисковых затворов.

«Имена» дискового затвора

Применительно к дисковому затвору всегда использовали самые разные названия: заслонка, дроссельная заслонка, дроссель-клапан, герметический клапан (гермоклапан), поворотный элемент и другие.

«ГОСТ 24856-81. Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения» именовал его предельно коротко ─ затвор.

В «СТ ЦКБА 011-2004. Арматура трубопроводная. Термины и определения» указано, что использовать названия «заслонка» и «затвор» не рекомендуется, а «клапан герметический» и «гермоклапан» ─ вообще недопустимо.

«ГОСТ Р 52720-2007 Арматура трубопроводная. Термины и определения» свое отношение к терминам «герметический клапан» и «гермоклапан» смягчил, «переведя» их из «недопустимых» в «нерекомендуемые».

В ГОСТ 24856-2014 они полностью «узаконены», но только для трубопроводной арматуры систем вентиляции. Именовать затвор дисковый «заслонкой», «затвором поворотным», «поворотно-дисковым затвором» этот нормативный документ не рекомендует.

Название «дисковый затвор» может видоизменяться. Например, обратную арматуру, конструктивно выполненную в виде дискового затвора, предназначенного для предотвращения обратного потока рабочей среды, называют обратный затвор или, если он снаряжен диском, состоящим из двух половин, прижимающихся к седлу пружинами, ─ обратный двустворчатый затвор. Кстати, ГОСТ 24856-2014 не рекомендует называть его захлопка.

О конструкции дискового затвора и об эксцентриситете в трубопроводной арматуре

Конструкция дискового затвора

Самый простой вариант конструкции дискового затвора ─ затвор без эксцентриситета ─ вращающийся на валу диск, помещен в корпус, представляющий собой короткий отрезок трубы. Ось вращения диска пересекает ось уплотнительного седла. Полный угол поворота ─ 90 градусов. В открытом до конца положении, когда диск устанавливается вдоль оси корпуса, движение потока испытывает с его стороны минимальное сопротивление.

Дисковые затворы с симметрично установленным диском, как правило, используют в трубопроводах с низким давлением.

Значительным шагом вперед в развитии дисковых затворов стало расположение диска с эксцентриситетом. В этом случае ось, вокруг которой происходит вращательное движение диска, смещена относительно своего «классического» (когда она пересекает ось уплотнения) положения.

Эксцентриситет может быть двойным и даже тройным. Добиваются его, сдвигая ось вращения диска не только относительно оси симметрии уплотнения (трубопровода, корпуса затвора), но и относительно центра самого диска.

Такое техническое решение принесло сразу несколько существенных преимуществ.

Удалось обеспечить коническое прилегание диска к уплотнительным поверхностям, гарантирующее их надежный контакт по всей площади соприкосновения. Выход диска из этого контакта происходит уже при минимальном угле открытия. Такое немедленное отделение, не сопровождающееся деформациями и проскальзыванием, исключает трение, которое, имей оно место, приводило бы к быстрому износу уплотнений. При возвращении диска в положение «Закрыто» снова обеспечивается очень высокая, вплоть до класса A, герметичность.

Дисковые затворы с двойным или тройным эксцентриситетом способны работать в более тяжелых условиях, чем затворы с симметричным диском. Им не страшны воздействие агрессивных рабочих сред, повышенные давление и температура, увеличился их ресурс (число циклов срабатывания) и, соответственно, вырос срок службы.

Диск затвора имеет форму круга с отношением толщины к диаметру меньше единицы. Он может быть плоским или двояковыпуклым (в форме линзы).

Используются диски с диаметром, превышающим величину проходного отверстия в корпусе, и потому обеспечивающие положение «Закрыто», будучи расположенными под углом к его поперечному сечению.

От конструкции и качества диска во многом зависят запорные и регулирующие характеристики дискового затвора. Диски стараются делать максимально обтекаемыми, чтобы свести к минимуму гидравлические потери.

Из чего изготавливают дисковые затворы. Металлы

Корпуса дисковых затворов выполнены преимущественно из чугуна и стали. Первый представлен серым чугуном и высокопрочным чугуном с шаровидным графитом. Сталь ─ разными видами: углеродистая, низколегированная хладостойкая, нержавеющая, в т. ч. с повышенным содержанием молибдена. Реже используют цветные металлы: алюминиевые сплавы, бронзу, монель (сплав никеля и меди).

Также преимущественно из стали и чугуна изготавливают диски. Они могут быть выполнены из титана и цветных металлов, например, бронзы. Бронзовые диски уместны, когда рабочей средой является морская вода. Нержавеющая сталь лучше других материалов подходит для контакта с пищевыми рабочими средами.

Для изготовления штоков применяют легированные или нержавеющие стали.

Прежде, чем говорить о других материалах, которые используют при изготовлении дисковых затворов, сделаем небольшое отступление.

О пользе «разделения труда» среди материалов

Для защиты от агрессивного воздействия рабочей среды корпус и диск дискового затвора снаряжают дополнительной защитой. Например, снаружи и изнутри наносят эпоксидное покрытие, предохраняющее от влияния погодных условий снаружи и агрессивных испарений изнутри.

Используют полную футеровку корпуса и диска, покрывая их фторопластом, резиной (т. н. гуммирование) и другими материалами.

Одной из тенденций развития научно-технического прогресса является разделение круга решаемых задач между используемыми «в связке» материалами. Один из них обеспечивает необходимую конструктивную прочность, другой ─ требуемые функциональные качества. Такое объединение усилий позволяет не только повысить эксплуатационные параметры выполненных из этих материалов частей сооружений или деталей технических устройств, но и добиться существенного снижения материалоемкости. Наглядный пример такого «союза» ─ кирпич и минеральная вата. Используя их вместе, можно возводить не очень толстые, но при этом крепкие и обладающие высокой тепло эффективностью стены.

В чем-то сродни этому использование в дисковых затворах вкладышей, выполняющих роль второго корпуса. (Такой вкладыш называют также седлом, рубашкой и т. д.). Он может быть монолитным с корпусом затвора или съемным. Используя вкладыши, удается оптимальным образом разделить нагрузки между принимающим на себя их механическую составляющую «первым» корпусом, и отражающим агрессию рабочей среды механически менее прочным, зато отличающимся повышенной коррозионной устойчивостью, ─ «вторым».

Рабочая среда при наличии вкладыша контактирует только с диском и уплотнением. Поэтому задача подобрать наилучшим образом подходящий для конкретной рабочей среды материал корпуса отпадает. В большинстве случаев можно остановиться на чугуне, что значительно уменьшает стоимость готовых изделий.

Конструкция вкладыша позволяет отказаться от использования дополнительных уплотнений при монтаже дискового затвора между фланцами трубопровода.

Специальными покрытиями может быть защищена поверхность диска. Использование гуммированных (с резиновым покрытием) и футерованных (с полимерным покрытием) дисков позволяет эксплуатировать затворы в агрессивных средах или пищевых средах, крайне чувствительных к материалам, с которыми они контактируют. При изготовлении дисков можно применять углеродистые стали вместо легированных, что снижает стоимость дисковых затворов без ухудшения их эксплуатационных параметров.

Гуммированные и футерованные диски использованы в дисковых затворах производства компании АРМАТЭК серий «Универсал», «Стандарт», «Эксклюзив».

Из чего изготавливают дисковые затворы. Неметаллические материалы

А теперь снова к материалам. На этот раз к неметаллическим, прогрессу в развитии которых дисковые затворы обязаны очень многим.

Для футеровки корпусов дисковых затворов способом вулканизации, в результате которой формируется несъемное монолитное седло, используют композитные армированные пластики, высокомолекулярный полиэтилен, поливинилдиенфторид, поливинилхлорид, политетрафторэтилен (фторопласт-4), полихлортрифторэтилен и другие материалы.

Съемные вкладыши изготавливают из различных каучуков ─ каучука на основе сополимера этилена ЭПДМ (EPDM), фторорганических каучуков (торговая марка Viton), хлоропреновых каучуков (Neoprene), а также нитрильной резины, полиэтилена (Hypalon), силикона и др.

Вкладыши могут быть как эластомерными, так и комбинированными ─ резинометаллическими.

Например, в компании АРМАТЭК резинометаллические вкладыши применяются в дисковых затворах серий «Эксклюзив», «Эксклюзив-М». Износостойкие резинометаллические вкладыши увеличивают надежность и ресурс дисковых затворов, помогают им выдерживать повышенные давление и температуру. Такие затворы применяются в горячем водоснабжении, при перекачке агрессивных сред, содержащих абразивные включения и других сложных условиях.

Уплотнения. Герметичность

Функции уплотнения могут выполнять не только вкладыши (седла, рубашки), но и кольца, расположенные на кромках диска или в корпусе.

Для изготовления уплотнительных колец используют в т. ч. те же материалы, что и для вкладышей. Очень высокую (класс A) герметичность обеспечивают многослойные металло-графитовые уплотнения. Уплотнение, расположенное в корпусе, испытывает меньшее воздействие среды, чем установленное на диске, а потому отличается большей долговечностью.

Дисковые затворы разделяются на затворы с уплотнением металл по металлу («металл-металл») и мягким эластичным уплотнением. Изначально вариант металл по металлу был единственно возможным, но по мере развития химических технологий стали использоваться более герметичные и химически стойкие эластичные уплотнения.

Герметичность дисковых затворов должна соответствовать «ГОСТ Р 54808-2011 Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов». Согласно этому нормативному документу выделено десять классов герметичности, начиная с означающего фактически «абсолютную» герметичность класса A, и даны рекомендации по назначению классов герметичности затворов для различных видов арматуры (запорной, регулирующей, запорно-регулирующей), рабочих сред (жидкость и газ), типов уплотнения («металл-металл», мягкие эластичные).

Для изготовления уплотнительных колец используют в т. ч. те же материалы, что и для вкладышей. Очень высокую (класс A) герметичность обеспечивают многослойные металло-графитовые уплотнения. Уплотнение, расположенное в корпусе, испытывает меньшее воздействие среды, чем установленное на диске, а потому отличается большей долговечностью.

Дисковые затворы разделяются на затворы с уплотнением металл по металлу («металл-металл») и мягким эластичным уплотнением. Изначально вариант металл по металлу был единственно возможным, но по мере развития химических технологий стали использоваться более герметичные и химически стойкие эластичные уплотнения.

Герметичность дисковых затворов должна соответствовать «ГОСТ Р 54808-2011 Арматура трубопроводная. Нормы герметичности затворов». Согласно этому нормативному документу выделено десять классов герметичности, начиная с означающего фактически «абсолютную» герметичность класса A, и даны рекомендации по назначению классов герметичности затворов для различных видов арматуры (запорной, регулирующей, запорно-регулирующей), рабочих сред (жидкость и газ), типов уплотнения («металл-металл», мягкие эластичные).

О классификации дисковых затворов. Приводы

В зависимости от исходного положения запирающего (регулирующего) элемента дисковые затворы бывают нормально-открытыми и нормально-закрытыми. У первых, при прекращении подвода энергии, создающей перестановочное усилие, затвор открывается, у вторых ─ закрывается.

По разновидности присоединения к трубопроводу различают затворы фланцевые (дисковый затвор фланцевый), межфланцевые (стяжные), муфтовые и затворы под приварку. Межфланцевые дисковые затворы вставляются между фланцами трубопровода. Для затворов фланцевого исполнения могут в комплекте поставляться ответные детали трубопровода.

В зависимости от типа привода выделяют следующие разновидности дисковых затворов: электрические пневматические, гидравлические, ручные, ручные с редуктором, под дистанционное управление.

Разновидности дисковых затворов

Приводы дисковых затворов должны иметь блокировку одновременной работы привода и ручного дублера.

Обычно приводные устройства оснащают автоблокировкой, чтобы привод мог противодействовать усилиям со стороны потока рабочей среды, направленным на поворот диска.

Ручной дисковый затвор может управляться с помощью обеспечивающей его быстрое открытие и закрытие рукоятки или маховика.

Отличающийся точностью позиционирования, высокими эксплуатационными параметрами и простотой управления дисковый затвор с электроприводом идеально подходит для систем автоматического управления производственными процессами.

Преимущества пневмоприводов: компактные размеры, небольшая масса, легкость монтажа, быстродействие. Они не станут источником перегрева и являются идеальным вариантом при работе с взрывопожароопасными средами.

Где используют дисковые затворы

В соответствии с «ГОСТ Р 53673-2009. Арматура трубопроводная. Затворы дисковые. Общие технические условия» дисковые затворы по своему функциональному назначению делятся на запорные, запорно-регулирующие, регулирующие. В качестве запорной регулирующей и запорно-регулирующей арматуры их применяют фактически во всех отраслях промышленности, только перечисление которых займет не одну страницу. Вот лишь некоторые них: химическая, черная и цветная металлургия, нефтяная, газовая, фармацевтическая, пищевая. А также ─ криогенная техника, обогащение полезных ископаемых, электро- и теплоэнергетика, холодное и горячее водоснабжение, системы пожаротушения и т. д. и т. п.

Дисковые затворы присутствуют почти во всех газовых и масляных системах, которыми укомплектованы различные виды технологического оборудования. Они получили широкое распространение при устройстве трубопроводов, по которым транспортируются как неагрессивные (пар, вода, воздух, пищевые жидкости, например, безалкогольные напитки), так и агрессивные среды. Примеры последних: кислоты, щелочи, аммиак, спирты, нефтепродукты, морская вода. В соответствующем исполнении дисковые затворы используются для абразивных (сыпучих) рабочих сред.

Области применения дисковых затворов

Преимущества дисковых затворов

У дискового затвора немало преимуществ, выгодно отличающих его от других типов и разновидностей трубопроводной арматуры, которые используются на аналогичных «позициях». Это, прежде всего, ─ шаровой кран и задвижка.

В отличие от шарового крана он лишен такого недостатка, как прикипание и заклинивание после длительной эксплуатации. Если сравнивать дисковый затвор с задвижкой, то он быстрее, легче, меньше по размерам.

Да и стоимость дискового затвора (по крайней мере, если речь идет о давлении до 2,5 МПа) ниже, чем у его оппонентов.

Ушли в прошлое времена, когда дисковым затворам ставили в упрек недостаточную герметичность, а область их применения ограничивали большими диаметрами трубопроводов и малым давлением рабочей среды. О том, что дисковые затворы могут иметь очень высокую герметичность, уже было сказано выше.

Огромное достоинство дисковых затворов ─ компактность (малая строительная высота и строительная длина), что существенно облегчает их монтаж. Занимая минимум места, они обеспечивают высокую производительность. Следствие компактных размеров ─ низкая масса.

Важнейшее для любой трубопроводной арматуры свойство дисковых затворов ─ простота эксплуатации, обусловленная особенностями конструкции. Например, отсутствием застойных зон, в которых может скапливаться грязь, и небольшим количеством деталей. Это качество выражается в высокой ремонтопригодности ─ минимум трудозатрат, не требуются высокая квалификация обслуживающего персонала и использование специального оборудования.

Дисковые затворы отличаются хорошей управляемостью, причем как при ручном управлении, так и посредством разнообразных приводов. Конструкция дисковых затворов позволяет обеспечить высокий уровень автоматизации трубопроводных систем.

При качественном изготовлении и правильной эксплуатации с учетом своевременной замены узлов уплотнения срок службы дисковых затворов от лучших производителей составляет до 30 лет. Этому в т. ч. способствует отсутствие трущихся частей и резьбовых рабочих пар.

К преимуществам дисковых затворов следует также отнести высокую пропускную способность, быстрое срабатывание и низкие гидравлические потери.

Перечисленные достоинства позволяют говорить о дисковых затворах как об одном из наиболее динамично развивающихся сегментов трубопроводной арматуры. За короткое время они сумели стать серьезной альтернативой другим ее типам. Но их стремительное, происходящее буквально на глазах совершенствование, не тормозит развитие «коллег-оппонентов», а, напротив, стало мощным стимулом для общего ускорения научно-технического прогресса в трубопроводной отрасли в целом.

ОТЗЫВЫ КЛИЕНТОВ

Компания «Взлет» приобрела  фланцевые шаровые краны с рукояткой производства АРМАТЭК.

Трубопроводная арматура