Трубопроводная арматура

Трубопроводную арматуру подразделяют на запорную, запорно-предохранительную, предохранительную, регулирующую, аэраци-онную, монтажную.
Запорная арматура: задвижки, дисковые поворотные затворы, вентили, пробковые и шаровые краны; запорно-предохранителъ-ная — обратные клапаны; предохранительная — устройства, ограни­чивающие давление в трубопроводах в определенных пределах; ре­гулирующая — регуляторы давления и расхода; аэрационная — ван-тузы и клапаны для впуска воздуха; монтажная — монтажные вставки и сальниковые компенсаторы.
Вантузы и клапаны для впуска воздуха устанавливают на напор­ных трубопроводах, поэтому они рассмотрены в главе 7. Там же дано описание предохранительной арматуры, предназначенной в основном для уменьшения давления при гидравлических ударах в напорных трубопроводах.
Основные параметры трубопроводной арматуры — это условное давление рабочей среды руи диаметр условного прохода Dr
Условным давлением называют наибольшее избыточное давле­ние при температуре рабочей среды 20 “С. Кроме условного давле­ния в каталогах арматуры указывают рабочее и пробное.
Рабочее давление — это наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается длительная работа арматуры при рабочей температуре жидкости. Таким образом, при температуре рабочей среды 20 °С рабочее давление равно условному.
Пробным давлением называют избыточное давление, при котором арматуру и соединительные части трубопроводов подвергают гид­равлическим испытаниям на прочность и плотность.
Трубопроводную арматуру изготовляют для следующих услов­ных давлений: 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,4; 10 и 16 МПа.
При определении условного давления для подбора необходимой арматуры допускается превышение до 5 % фактического рабочего давления над указанным выше.
Максимальное рабочее давление, МПа, для подбора трубопро­водной арматуры в напорных коммуникациях насосной станции

где Нтт— максимальный напор насоса по его^арактеристике, м;4УВтах — мак­симальная отметка уровня воды в источнике, м; 4- НЛ — отметка напорной линии, м.
Максимальное давление в подводящих (всасывающих) трубо­проводах, МПа,

где -IПЛ — отметка, на которой проложены подводящие трубопроводы, м.
Обычно это значение очень невелико.
Для трубопроводной арматуры приняты обозначения, состоя­щие из цифр и букв. Первые две цифры означают тип арматуры (задвижки 30, 31, затвор 32, обратный клапан 19 и т. д.). Буква или две буквы за цифрами — материал для корпуса арматуры (углеро­дистая сталь —с, серый чугун —ч, ковкий чугун —кч). Цифры после букв — конструктивные особенности изделия в пределах данного типа и вид привода. Одна или две цифры после букв — но­мер модели, при наличии трех цифр первая обозначает вид приво­да (механический привод с червячной передачей — 3, механичес­кий привод с конической передачей — 4 и 5, гидравлический при­вод — 7, электрический привод — 9), а две последующие — номер модели. Последняя буква означает материал ушютнительных по­верхностей или способ нанесения внутреннего покрытия корпуса (латунь или бронза — бр, кожа — к, резина — р, эбонит — э, пласт­масса — п, гумирование — гм, свинцование — ев, эмалирова­ние — эм). Например-, 30ч515бр — условное обозначение задвиж­ки (30), с корпусам из серого чугуна (ч), с механическим приво­дом, с конической передачей (5), параллельной с невыдвижным шпинделем (модель 15), с материалом уплотнительных поверхно­стей из латуни (бронзы) (бр).

Задвижки. В зависимости от конструкции запорной части их де­лят на параллельные и клиновые.
В параллельных задвижках проход корпуса перекрывается двумя подвижно соединенными между собой дисками, которые раздвига­ются одним или двумя расположенными между ними клиньями. В клиновых задвижках проход корпуса перекрывается одним клино­образным круглым диском.
Параллельные задвижки имеют некоторые преимущества по сравнению с клиновыми. Уплотняющие кольца у них обрабатывать проще и легче, чем у клиновых. Последние изнашиваются быстрее, а при резком открытии и закрытии запорный орган этих задвижек иногда заклинивается.
Задвижки обоих типов изготавливают с выдвижным и невыд­вижным шпинделем. Выдвижной шпиндель совершает поступа­тельное или вращательно-поступательное движение; его резьбовая часть находится вне корпуса задвижки, поэтому легко доступна для осмотра, очистки, смазывания. Однако требуются относительно большие размеры в высоту для размещения шпинделя задвижки. Невыдвижной шпиндель совершает только вращательное движе­ние и находится внутри корпуса, поэтому такие задвижки требуют меньших размеров для их размещения.
Форма корпуса задвижек может быть плоской, овальной и круг­лой. Плоские применяют при низких давлениях, овальные — при средних и круглые — при высоких. При давлении до 1 МПа задвиж­ки изготавливают из чугуна, а при большем — из стали.
Для задвижек небольших диаметров и при небольших давлениях шпиндели приводят во вращение с помощью маховика или ключом с квадратным отверстием. Для задвижек больших диаметров или рассчитанных на высокое давление применяют редукторы с червяч­ной или конической передачей. Для задвижек значительных диа­метров, а также в случаях, когда требуется довольно частое их зак­рытие и открытие, используют электрические и гидравлические приводы. Наиболее часто применяют электрические приводы, од­нако они имеют ряд недостатков: ненадежность работы в сырых по­мещениях, невозможность их закрытия при аварийных отключени­ях электропитания. Этих недостатков нет у задвижек с гидравличес­ким приводом, но они громоздки.
Различные типы параллельных задвижек показаны на рисунках 6.11…6.13.
Основные размеры параллельных задвижек для различных диа­метров условных проходов с разными приводами даны в таблице 6.1.
Для небольших значений ру= 0,25…0,6 МПа выпускают клино­вые задвижки с укороченной строительной длиной (рис. б.Нитабл. 6.2).

Значение коэффициента гидравлического сопротивления пол­ностью открытых задвижек невелико и составляет 0,06…0,1 поэтому потери напора в них незначительны. Например, при скорости движения воды v = 5 м/с и £, = 0,08 потери напора h= £, v2/ 2^ = 0,08 • 25/19,6 = 0,1 м.

Рис. 6.11. Параллельные задвижки с невыдвижным шпинделем на давление ру = 1 МПа:
а — без редуктора; б— с редуктором; 1 — корпус; 2— шпиндель; 3 — штурвал

При закрытии задвижек гидравлическое сопротивление увели­чивается неравномерно — мало изменяется в начальной стадии и резко возрастает в конце закрытия. Это приводит в отдельных слу­чаях к значительным повышениям давления — гидравлическим ударам (см. разд. 7.7). Поэтому приходится или увеличивать время закрытия задвижек, или закрывать их неравномерно, что осложняет схему механического привода.

Задвижки не рассчитаны на работу в положении частичного открытия, поэтому их не следует использовать для регулирования на­сосов.

Примечание. Задвижки диаметрами 100…400 и 500…1200 мм соответственно с выдвижным и невыдвижным шпинделями.

Рис. 6.12. Параллельная задвижка с электроприводом на давление р. = 0,25.. 6,4 МПа (диаметр 1ОО…12ООмм):
а —на диаметр 100…1200 мм; б—100…150 мм; 1 — корпус; 2 — шпиндель; 3-электропривод

Рис. 6.13. Параллельная задвижка с гидравлическим приводом на давление 1МПа:
1 — запорный диск; 2 — корпус; 3 — шпиндель; 4— сальник; 5— поршень; б—
цилиндр

6.2. Основные размеры и масса клиновых задвижек с укороченной строительной длиной для различных диаметров условных проходов

Примечание. Задвижки диаметром 200… 600 и 800… 1200 мм выпускают на давле­ние соответственно 0,6 и 0,25 МПа.

Рис. 6.14. Клиновая задвижка с невыд­вижным шпинделем фланцевая укоро­ченной длины на давление 0,25 МПа: а — с электроприводом; б — с ручным управлением; 1 — корпус; 2— электропривод

Рис. 6.15. Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления £ от степени открытия задвижки (1) и дис­кового затвора (2) диаметром 200 мм

Дисковые поворотные затворы. В последние годы они получили широкое распространение ввиду меньших размеров, массы и сто­имости по сравнению с задвижками. Гидравлическое сопротивле­ние затворов при их закрытии изменяется значительно равномер­нее, чем у задвижек (рис. 6.15). В положении полного открытия ко­эффициент гидравлического сопротивления затворов несколько больше, чем у задвижек, и составляет 0,1 …0,2.
Испытания затворов показали, что надежность их не ниже, чем у задвижек. Поэтому, если ранее рекомендовали использование зат­воров лишь при больших диаметрах труб (более 1000 мм), то теперь рекомендуют.устанавливать их и при значительно меньших диамет­рах.
Поворотные затворы выпускают двух типов: с уплотнением по диску и по корпусу. В затворах с уплотнением по диску герметиза­ции достигают, прижимая резиновое уплотнительное кольцо, зак­репленное в канавке диска, к седлу корпуса, а в затворах с уплотне­нием по корпусу — вдавливая диск в резиновую манжету, закреп­ленную в корпусе затвора. 

Затворы с уплотнением по корпусу, так же как и задвижки, обеспечивают двустороннюю герметизацию, а затворы с уплот­нением по диску (существующие конструкции) — лишь одностороннюю при направлении потока к диску со стороны вала. При направлении потока воды в противоположную сторону уплотни­тельное кольцо отжимается от уплотнительного седла, и- между ними образуется кольцевой зазор. Однако, с одной стороны, про­течка незначительная, а с другой — затворы внутристанционных коммуникаций используют для отключения насосов лишь при на­правлении движения воды в одну сторону (во всасывающих — от водоисточника к насосу, а в напорных — в направлении, противо­положном нормальному).
Дисковые поворотные затворы (табл. 6.3) выпускают диаметром от 100 до 2800 мм в двух исполнениях: фланцевые и бесфланцевые (с концами под приварку). Затворы больших диаметров изготавлива­ют только с уплотнением по диску (рис. 6.16, а).
6.3. Основные размеры и масса дисковых фланцевых затворов для различных диаметров условного прохода

Примечания: 1. Числитель — дисковые фланцы с гидравлическим приводом, знаменатель — с ручным и электрическим. 2. Масса затворов с Z)y = 300… 1600 мм указана с электрическим приводом. Гидравлический привод затворов pv = 0,25 МПа.
Как у задвижек с электрическим приводом, у затворов предус­мотрена возможность их открытия и закрытия вручную. - Для закрытия дисковых затворов на напорных линиях насосов при аварийных отключениях электропитания для предотвращения опорожнения трубопроводов и длительного реверсивного враще­ния роторов насосных агрегатов используют гидравлический при­вод.
Затворы с гидравлическим приводом (масляным), действую­щим от масляной напорной установки, выпускают весьма боль­ших диаметров (до 2800 мм). Открытие таких затворов может быть затруднено из-за значительной разности давлений с обеих сторон. Для выравнивания давления перед открытием эти затворы оборуду­ют обводными линиями относительно небольшого диаметра.

Рис. 6.16. Дисковый поворотный затвор:

а— с электроприводом; б—с гидроприводом-1 — затвор; 2—фильтр; 3 — привод; 4—уп­равляющий орган; 5— шпиндель; 6— ручной дублер; 7—приводной вал; 8— корпус; 9 — седло; 10— диск; 11 — уплотнителыюе кольцо

Затворы с гидравлическим приводом новой конструкции изго­тавливают и относительно небольших диаметров: 150, 200, 300 мм (рис. 6.16, 6). Эти затворы используют в качестве запорной, а также регулирующей арматуры закрытых оросительных систем.
Обратные клапаны. Предназначены для исключения движения воды по трубопроводам в направлении, противоположном нор­мальному, то есть для предотвращения опорожнения трубопрово­дов при отключении насосов и реверсивного вращения роторов на­сосных агрегатов.
Поток в обратном клапане перекрывается при закрытии диска (дисков) клапана, шарнирно закрепленного (закрепленных) в его корпусе.
В основном используют однодисковые обратные клапаны двух модификаций: с верхней подвеской диска (рис. 6.17, а) и с эксцент­рично расположенной.осью (рис. 6.17, б). Многодисковые обрат­ные клапаны применяют редко ввиду ненадежности их работы (от­рыв дисков).
По размерам обратные клапаны с эксцентрично расположенной осью (табл. 6.4) значительно меньше клапанов с верхней подвес­кой диска и практически не выходят за пределы наружного диа-

Рис. 6.17. Обратный клапан:
я —с верхней подвеской диска; б— с эксцентрично расположенной осью; 1 — корпус; 2 —тарель; 3 — ось; 4— рычаг

метра трубопровода; их длина меньше диаметра, поэтому такие кла­паны легче и дешевле клапанов с верхней подвеской. Производство последних значительно сокращено. Однако обратные клапаны с эк­сцентрично расположенной осью работают менее надежно, что объясняется следующим. При скоростях движения воды до
З…3,5 м/с диски обратных клапанов обеих модификаций открываются не полностью и при работе диск постоянно колеблется вокруг Щ,оси, вызывая пульсацию потока. У обратных клапанов с эксцентрично расположенной осью при таких колебаниях диск многократ­но ударяется об ограничитель его открытия, в результате чего среза­ются стопорные болты, разрушаются цапфы и диск отрывается от полуосей.

При частичном открытии дисков обратных клапанов значитель­но увеличивается их гидравлическое сопротивление, причем для некоторых клапанов в определенном интервале скоростей потери напора с увеличением скорости даже уменьшаются (рис. 6.18). По­этому при определении потерь напора во внутристанционных на­порных коммуникациях надо в каждом конкретном случае учиты­вать степень открытия дисков об­ратных клапанов в зависимости от скорости движения воды в них. При  относительно  небольших

Рис. 6.18. Зависимость потерь напора 1ц и ко­эффициента гидравлического сопротивления \ от скорости потока в обратном клапане (по А. Н. Рожкову):
1 — с эксцентрично расположенной осью; 2 — с верхней подвеской диска

Рис. 6.19. Обратные клапаны с регулируемым закрытием диска:
а — с верхней подвеской диска; б — с эксцентрично расположенной осью; 1 — корпус; 2 — вал; 3 — рычаг; 4 - гидроцилиндр-демпфер

скоростях движения воды потери напора в обратных клапанах с вер­хней подвеской диска меньше, чем в клапанах с эксцентрично рас­положенной осью, что нужно помнить при выборе типа обратного клапана.
При установке обратных клапанов необходимо учитывать не­которое запаздывание закрытия их дисков при образовании дви­жения потока воды в обратном направлении. При быстром изме­нении направления потока диск закрывается уже при движении воды в противоположном направлении, что приводит к возникно­вению механических и гидравлических ударов. В этих случаях воду частично сбрасывают через насосы, но для этого обратные клапа­ны необходимо оборудовать обводными линиями, диаметр кото­рых составляет ‘/з— /5 диаметра клапана, или устанавливать спе­циальные обратные клапаны с регулируемым закрытием (рис. 6.19).

Регулирующая арматура. Предназначена для регулирования дав­ления и расхода воды.
Практически используют лишь регуляторы давления «после себя» и «до себя». На насосных станциях применяют регуляторы «после себя», принцип работы которых заключается в увеличении гидравлического сопротивления устройства при возрастании дав­ления до него сверх заданного значения.
Как уже было указано выше, отдельные виды регулирующих уст­ройств выполняют на базе дисковых поворотных затворов, для чего последние оснащают регулирующими клапанами.

Монтажная арматура. Применяют при монтаже и демонтаже внутристанционных коммуникаций. В качестве монтажных вста-

Рис. 6.20. Монтажные вставки:
а — типа сальникового компенсатора: 1,3 — внутренний и наружный патрубки; 2 — фланец; 4— сальниковая набивка; б— специальная конструкция, стальная, сварная: 1 — наружный патрубок; 2— фланец; 3 — уплотнение; 4— внутренняя труба вок используют как сальниковые компенсаторы, так и специально изготовленную арматуру (рис. 6.20, табл. 6.5).

6.5. Среднее значение длины и масса сальниковых компенсаторов для различных диаметров условного прохода