Регулирующая трубопроводная арматура предназначена для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения расхода или проходного сечения. Она не обязательно должна обеспечивать полное перекрытие проходного сечения, и ее не следует применять в качестве запорной арматуры. Равно как нежелательно, а иногда недопустимо, перекладывать «обязанности» регулирующей арматуры на запорную арматуру. Для одновременного выполнения функций запорной и регулирующей арматуры существует комбинированный вид ─ запорно-регулирующая арматура.
В действующем ныне «ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения» не рекомендуется называть регулирующую арматуру дроссельной или дроссельно-регулирующей, а запорно-регулирующую арматуру ─ запорно-дроссельной. И совсем недопустимо применение таких «терминов» как «регулируемая арматура» и «запорно-регулируемая арматура».
Какой бывает регулирующая арматура
Производятся различные виды (или правильнее — разновидности) регулирующей арматуры. Из четырех основных типов трубопроводной арматуры в этом качестве используются три — клапаны, краны и дисковые затворы. Только относящиеся преимущественно к запорной арматуре задвижки для регулирования применяются ограниченно. В ряде нормативных документов специально оговаривается нежелательность использования запорной арматуры в качестве регулирующей. Но, как известно, правил без исключений не бывает.
Регулирующая арматура может быть реализована в виде регуляторов. Хотя считать регуляторы самостоятельным типом регулирующей арматуры по конструкции затвора неправильно, поскольку тип арматуры определяется направлением перемещения запирающего или регулирующего элемента относительно потока рабочей среды. А регуляторы ─ это устройства, в которых один из перечисленных выше типов арматуры (например, клапан) является всего лишь частью конструкции.
Основной «массив» регулирующей арматуры формируют регулирующие клапаны, нередко являющиеся наиболее значимым и дорогостоящим элементом контура регулирования.
Регулирующие клапаны могут быть предназначены для выполнения конкретных задач. Например, т. н. дыхательный клапан (другие названия ─ впускной клапан, выпускной клапан) служит для герметизации емкостей, содержащих газ, воздух или пар, обеспечивая поддержание в пространствах этих емкостей заданных параметров давления. С помощью редукционного клапана за счет увеличения гидравлического сопротивления осуществляется снижение рабочего давления в системе.
Существует большое разнообразие конструкций регулирующих клапанов. Они могут иметь один затвор — односедельный клапан или проходное сечение, образованное двумя и более последовательно расположенными на одной оси затворами, ─ многоступенчатый клапан, например, регулирующий двухседельный клапан.
В получающих все большее распространение клеточных клапанах затвор выполнен в виде неподвижной детали, которую из-за наличия в ней профилированных отверстий для пропуска рабочей среды называют клеткой. Перемещающийся внутри клетки плунжер изменяет суммарную площадь открытых сечений этих отверстий, что позволяет клеточному клапану эффективно выполнять регулирующие функции.
Золотник ─ запирающий элемент затвора клапанов, обеспечивающий регулирование расхода рабочей среды, ─ может быть тарельчатым, поршневым (цилиндрическим), сферическим, игольчатым. В последнем случае регулирующий клапан носит название игольчатый клапан.
В качестве регулирующей арматуры применяют обладающие целым рядом преимуществ дисковые затворы. Они требуют мало места для установки, обеспечивают высокую производительность, не приводят к потере давления, с металлическим уплотнением могут применяться в широком диапазоне температур, имеют сравнительно небольшую стоимость.
Хорошо подходят для регулирования вязких жидкостей и пульп шаровые краны. Для управления регулирующей арматурой используются разные приводы: пневматические, гидравлические, электрические.
Основные параметры регулирующей арматуры
Одним из основных параметров регулирующей арматуры является пропускная способность, численно равная расходу рабочей среды с плотностью 1000 кг/м, протекающей через арматуру, при перепаде давлений 0,1 МПа (1 кгс/см). Она послужила базисом, на основе которого сформировано целое семейство параметров, содержащих словосочетание «пропускная способность»: условная пропускная способность, начальная пропускная способность, минимальная пропускная способность, относительная пропускная способность, действительная пропускная способность.
Не менее важный параметр ─ пропускная характеристика ─ зависимость пропускной способности от хода арматуры. Определенная экспериментальным путем, она носит название «действительная пропускная характеристика». Помимо нее есть еще линейная пропускная характеристика, равнопроцентная пропускная характеристика, специальная пропускная характеристика. А также другие характеристики: конструктивная характеристика (зависимость площади проходного сечения в затворе регулирующей арматуры от текущего хода), кавитационная характеристика, рабочая расходная характеристика.
Количественным критерием негерметичности в затворе регулирующей арматуры является параметр, носящий название относительная утечка. Конечно, регулирующая арматура должна обеспечивать герметичность при закрытии, но способность регулировать поток ─ важнее.
Поэтому для регулирующей арматуры особое значение имеют показатели, отражающие ее возможности регулирования рабочей среды, ─ диапазон регулирования, диапазон настройки регулятора, зона регулирования.
При разработке, конструировании, производстве и последующем использовании регулирующей арматуры во внимание принимаются также такие параметры, как нечувствительность, зона нечувствительности, коэффициент кавитации и другие.
Значение регулирующей трубопроводной арматуры
Регулирующей арматуре принадлежит важное место в общей номенклатуре трубопроводной арматуры. Проводимые в России и за рубежом маркетинговые исследования, основанные на анализе мирового и отечественного рынков, неизменно фиксируют высокую долю регулирующей арматуры в общем объеме других видов трубопроводной арматуры.
Регулирование параметров потока рабочей среды, необходимое для эффективного управления технологическими процессами и контроля над ними, ─ технически очень сложная задача. В т. ч. и потому, что изменение положения регулирующего органа зачастую сопровождается динамичным изменением параметров рабочей среды ─ давления и скорости потока.
Без регулирующей арматуры невозможно обеспечить стабильность номинальных режимов и «штатное» протекание переходных процессов. Эффективно работающая регулирующая арматура - гарант нормального функционирования трубопроводного транспорта, оборудования энергетической и множества других отраслей.
Так, в теплоэнергетике ее использование помогает обеспечить эффективное управление работой котлов, их безопасную и экономичную эксплуатацию в расчетных режимах. Регулирующая арматура должна быть установлена на питательных линиях каждого котла. Регуляторы давления — обязательный атрибут тепловых пунктов с переменным расходом пара. Использование запорной арматуры для регулирования давления пара не допускается. Чтобы адекватно отвечать на вызовы времени, обусловленные общим усложнением технологий, повышением требований к экономичности и экологической безопасности промышленных систем, регулирующая арматура должна постоянно совершенствоваться. Основными приоритетами являются увеличение ее надежности, уменьшение энергоемкости, рост точности регулирования и быстродействия, повышение коррозионной стойкости. И при этом устройство регулирующей арматуры не может чрезмерно усложняться, поскольку она должна иметь приемлемую стоимость, оставаться удобной в эксплуатации, не требовать сложного и дорогостоящего технического обслуживания в межремонтный период.
Требования к регулирующей трубопроводной арматуре
К регулирующей арматуре предъявляется широкий комплекс требований, которым она должна отвечать на протяжении всего жизненного цикла. В частности, это требования по виду регулировочной характеристики и точности регулирования параметров. Например, регулирования продолжительности циклов закрывания и открывания, а также фиксации затвора в нужном промежуточном положении.
Регулирующая арматура должна быть прочной и жесткой, без пластических и упругих деформаций переносить высокие механические нагрузки.
Как и любая другая трубопроводная арматура, регулирующая арматура не вправе не быть герметичной. Как по отношению к внешней среде, так и к разделяемым затвором участкам трубопровода.
Регулирующая арматура должна быть надежной и долговечной, т. е. способной на протяжении заданного срока гарантированно выполнять свои функции. Гарантированно ─ значит с допустимой интенсивностью отказов, с заданной вероятностью выполняя установленное число циклов срабатывания до первого отказа.
Эксплуатация регулирующей арматуры должна быть удобной и не сопровождаться значительными эксплуатационными расходами. Это означает, что обслуживание регулирующей арматуры не предполагает частой и трудоемкой регулировки, смазки и т. д. Это особенно важно для арматуры, расположенной в необслуживаемых помещениях, установленной на удаленных участках трубопроводов или производствах непрерывного цикла, остановка которых для проведения профилактических работ крайне нежелательна.
Запорно-регулирующая арматура
Широкое распространение получили технические устройства, не ограничивающиеся решением задач, стоящих перед регулирующей арматурой, а способные служить еще и в качестве запорной арматуры, обеспечивая перекрытие потока рабочей среды с определенной герметичностью, что дало повод выделить отдельный вид комбинированной арматуры. Запорно-регулирующая арматура - то трубопроводная арматура, сочетающая функции регулирующей и запорной арматуры.
Ее наглядной иллюстрацией могут служить запорно-регулирующие клапаны. Например, клапаны КЗР, предназначенные для регулирования и перекрытия потоков регулируемой среды. Они демонстрируют, как в одном техническом устройстве могут быть успешно объединены запорная и регулирующая арматура для систем отопления.
Запорно-регулирующая арматура для отопления, дающая возможность регулировать параметры теплоносителя, а при необходимости на время отключать отдельные контуры отопления, позволяет сделать централизованные и автономные системы теплоснабжения более удобными, безопасными и энергоэффективными. Это одинаково справедливо как для «малой» сантехнической арматуры, так и для арматуры, используемой в «больших» тепло- и электроэнергетике. В т. ч. в технологических системах, включая системы безопасности, таких сложных и ответственных объектов, как атомные станции любого типа. А также в системах приточной вентиляции, горячего водоснабжения, центральных и индивидуальных тепловых пунктах (ЦТП и ИТП), при регулировании широкого круга технологических процессов в самых разных областях технологий.
Не применяя современную регулирующую арматуру, нельзя обеспечить одновременно надежную и максимально экономичную работу оборудования в самых разных направлениях современных технологий: во всех отраслях энергетики, включая находящуюся в ее авангарде ядерную, трубопроводном транспорте, химической промышленности и других.
