Задвижка клиновая - виды, описание характеристик, установка

В отличие от бытовых коммуникаций с шаровыми кранами и вентилями, задача перекрытия потока рабочей среды в промышленных трубопроводах решается за счет применения специальной запорной арматуры. Одно из наиболее популярных и часто используемых для этих целей устройств – задвижка клиновая.

Данная разновидность арматуры имеет различные конструктивные варианты исполнения и материалы изготовления. Чтобы не ошибиться с выбором подходящих устройств, полезно изучить их области использования, разновидности, принцип работы, технические параметры клиновидных задвижек.

Рис. 1 Примеры размещения задвижек

Содержание

Задвижка клиновая – назначение и область применения

Задвижкой называют тип запирающей арматуры с затворным элементом, сдвигающимся под углом 90 градусов относительно направления движения транспортируемого рабочего тела.

Обычно задвижки применяют в трубопроводных магистралях диаметром свыше 50 мм. Рабочей средой при их использовании выступают любые жидкости (нефть, обычная и морская вода), пар, газ, сыпучие вещества. Если для транспортировки используют агрессивные химические вещества или рабочее тело имеет высокую температуру, задвижки выпускают соответственно из коррозионно-устойчивых и термостойких материалов.

Стоит отметить, что чугунные задвижки по госстандарту не рекомендуется устанавливать в трубопроводы, транспортирующие газообразные вещества.

Рис. 2 Виды приводов затворной арматуры

Классификация задвижек с клином

Клиновые задвижки (ЗКЛ) в зависимости от конструкции и используемых при производстве материалов разбивают на следующие группы:

По типу привода:

Ручные – резьбовой шток (шпиндель) с закрепленным на нем клином перемещается за счет приложения физического усилия человека при вращении штурвала (маховика).
Электрические – шпиндель с затворным элементом вращает электромотор.
Гидравлические – клиновую заслонку возвратно-поступательно перемещает шпиндель, связанный с гидроприводом.
Пневматические – на шток с клином действует сжатый воздух, и он поступательно перемещается перпендикулярно транспортируемому потоку.

По материалу изготовления корпуса:

Сталь – арматура обладает наилучшими прочностными характеристиками.
Чугун – преимущества данного вида изделий – дешевизна.
Цветные металлы – арматура рассчитана на применение в химически агрессивной среде и обладает наихудшими прочностными характеристиками в сравнении со сталями и чугуном.

По технологии производства корпусных деталей:

Литые. Основной метод при изготовлении любых типов арматуры и единственный для чугуна.
Комбинированные. Корпусные детали получают методом штамповки или ковки, после соединяют между собой сваркой.

По конструкции затвора:

С цельноотлитым клином. Конструкция запорной детали выполнена из цельной заготовки с двумя скошенными контактными поверхностями.
С упругим клином. Клин состоит из двух дисковых затворов с ребрами, в которые упирается раздвигающий их пружинящий элемент.
С двумя дисками (составным клином). Между двумя рабочими дисками размещается грибообразный элемент, который прижимает их к седловым кольцам после контакта клина с ними или дном седла.

Считается, что такое конструктивное исполнение наиболее удачно с точки зрения износостойкости затворного узла.

Рис. 3 Задвижка клиновая Hawle (с неподвижным шпинделем)

Статья по теме:

Задвижка с обрезиненным клином 30ч39р – характеристики, применение. В статье подробно рассказывается про клиновые задвижки 30ч39р, где применяют, характеристики и типоразмеры, а также, как устанавливать и эксплуатировать. Возможно будет интересно почитать.

Технические характеристики

Основные размерные и физические параметры задвижек регламентированы ГОСТ 9698-86, согласно этому документу:

Их выпускают из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов (в основном латуни).
Размеры задают условным проходом Ду, который примерно равен внутреннему диаметру. Значение Ду фиксированы и в основном подчиняются с некоторыми исключениями стандартному цифровому ряду.
Все виды задвижек из стали рассчитаны на эксплуатацию в температурном диапазоне от – 60 до + 565 °С при напоре подаваемой среды от 1,6 до 250 бар.
Условный проход стальных изделий зависит от их напорных параметров и располагается в диапазоне от 15 до 1600 мм.
Основные типы подсоединения к трубопроводу стальной арматуры: муфтовое (резьбовое), фланцевое и под приварку.
Диапазон рабочих температур задвижек чугунных от – 15 до + 300 °С и от – 40 до + 300 °С для изделий с напорными параметрами в 16 и 25 бар. Выдерживаемое всеми моделями давление лежит в пределах от 1,6 до 25 бар.
Условный проход изделий из чугуна от 40 до 2000 мм.
Чугунную арматуру устанавливают в трубопроводную магистраль только при помощи фланцев.
Для задвижек из цветных металлов и их сплавов номинальное давление составляет от 16 до 40 бар, их условные проходы располагаются в диапазоне от 15 до 300 мм.
Изделия из латуни допустимо эксплуатировать при температурах транспортируемой среды не более + 200 °С.
Методы подсоединения задвижек из латуни в трубопроводную магистраль – фланцевое, муфтовое (резьбовое) и под сварку.

Рис. 4 Схема типовых ЗКЛ

Конструкция и принцип действия ЗКЛ

Конструктивное устройство задвижки клинового типа содержит следующие узлы:

Корпус. Обычно состоит из двух частей – основной с канальным проходом и крышки. В главной части корпуса также размещаются седловое углубление и муфты, фланцы или гладкостенные патрубки под приварку для состыковки с трубопроводом.

В местах соприкосновения клина с рабочей поверхностью устанавливают седельные кольца из износостойких материалов. Они могут вворачиваться, впаиваться или наплавляться с последующей обработкой.

Крышку обычно соединяют с основной частью при помощи болтов (шпилек) с гайками, укладывая между ними герметичную прокладку. В середине крышки имеется резьба для вращения шпинделя (или она отсутствует), опорные подшипники и сальниковое уплотнение, предотвращающее протечки рабочего тела наружу.

Для повышения эстетичности вида и защиты от коррозионных процессов детали корпуса покрывают эпоксидно-порошковой краской.

Приводной узел. В задвижках с ручным приводом клин перемещается за счет вращения резьбового штока маховиком (штурвалом). Для облегчения работ шпиндель сажают на поддерживающий подшипник. Для его герметизации применяют сальниковую набивку, в которой часто используют терморасширенный графит.

Различают разновидности приборов с выдвижным и невыдвижным шпинделем. При первом варианте резьбовой шток перемещается в пространстве перпендикулярно корпусу благодаря вращению по внутренней резьбе в крышке. Во втором случае шпиндель имеет гладкие стенки при вращении в отверстии крышки, а его резьба на конце связана с резьбовым каналом клина через гайку вверху и перемещает его в возвратно-поступательном направлении.

Рис. 5 Выдвижной и невыдвижной шпиндели

Клиновидный затвор. Имеет различное конструктивное исполнение, его диски обычно изготавливают из износостойкого и устойчивого к коррозии материала – бронзы, коррозионностойкой стали с содержанием хрома около 13% (нержавейки). В некоторых моделях на седельных кольцах и клине применяют сверхпрочный материал – стеллит. Это сплав на основе кобальта хрома с добавками вольфрама и (или) молибдена, наплавляемый, напыляемый или напаиваемый на детали машин и механизмов.

Иногда для повышения герметизации проходного канала в затворе используют уплотнения из этилен-пропилен-диенового каучука EPDM или иных материалов (обрезиненный клин).

Конструкция большинства задвижек сделана таким образом, что расположенные внутри корпуса седельные кольца не оказывают влияния на сечение проходного канала (утоплены в корпус).

Принцип работы задвижки заключается в следующем.

При повороте маховика клиновый затвор плавно опускается в седло и ложится своими плоскостями на седельные кольца. Так как соприкасающиеся поверхности плотно подогнаны друг к другу или имеют эластичные уплотнители, место их контакта надежно герметизируется и перекрывает поток подаваемой среды. При вращении штурвала в обратном направлении запор поднимается вверх, освобождая канал для движения рабочего тела.

Рис. 6 Обрезиненная задвижка клиновая

Разновидности клиновых задвижек

Следует указать, что любая задвижка ЗКЛ не является регулирующим элементом и рассчитана на работу только в открытом или закрытом состоянии.

В клиновых типах запирающим элементом служит заслонка с расположенными под некоторым углом рабочими поверхностями. При опускании она ложится на седельные кольца, расположенные в пространстве с аналогичным уклоном.

С жестким клином

В данной конструкции клин представляет собой цельный элемент и опускается в канал по направляющим, предотвращающим его проворачивание вокруг своей оси.

Конструкция отличается простотой и надежностью, способна выдерживать значительные давления, однако требует при изготовлении высокоточной подгонки рабочих поверхностей заслонки и седельных колец.

К недостаткам жесткого клина относят ускоренный износ рабочих поверхностей и вероятность заклинивания при изменении температур рабочей среды как результат линейного расширения металлов.

Поэтому поверхность жесткого клина нередко делают обрезиненной – покрывают эластомерами, к примеру, бутадиен-нитрильным каучуком NBR или этилен-пропилен-диеновым каучуком EPDM.

Эластичное покрытие позволяет избежать практически всех перечисленных выше недостатков жесткого затвора.

Рис. 7 Конструкция ЗКЛ с жестким клином

Статья по теме:

Задвижка 30ч6бр – характеристики, монтаж, эксплуатация. В статье подробно рассказывается про трубопроводную арматуру 30ч6бр, применение, характеристики и типоразмеры, а также, как устанавливать и эксплуатировать. Возможно будет интересно почитать.

Клин с подвижными дисками

Данная конструкция клина включает в себя два взаимосвязанных между собой диска и обладает следующими особенностями:

Обеспечивает более качественное уплотнение и соответственно высокую степень герметичности в состоянии закрыто по сравнению с цельноотлитым затвором.
Не требуют в процессе производства сверхточной подгонки контактных поверхностей седельных колец и клина, что удешевляет производство.
Из-за гибкости соединения шпинделя с затвором через переходные элементы и самих дисков в клине, запорный узел не теряет своей герметичности при воздействии физических и температурных упругих деформаций. Таким образом сводится к нулю опасность заклинивания.
В двухдисковых задвижках износ поверхностей затворных элементов и седел намного ниже, чем в цельнолитых конструкциях.
Для их закрывания требуется меньшее приложение усилий.
К недостаткам двухдисковых затворов относят более сложную конструкцию, а также необходимость приложения большей силы для их открывания в моделях с упругим запором.

Рис. 8 Задвижка клиновая с упругим клином – устройство

Различают следующие разновидности двухдисковых клиновидных затворов:

С упругим клином. В данной конструкции (рис. 8 слева) затвор 3 выполнен в виде двух дисков, с внутренней стороны которых расположены упругие ребра 8. После опускания клина в седельное углубление дальнейший поворот штока приводит к давлению на ребра переходной клиновидной вставки. В результате дисковые кольца раздвигаются на некоторый угол и плотно прижимаются к седлам, обеспечивая таким способом герметичность соединения.

Задвижки клинового типа выпускают как с невыдвижным, так и с выдвижным (рис. 8 справа) шпинделем.

С составным клином. Обычная конструкция задвижки подобного типа (рис. 9 слева) включает в себя клин, состоящий из двух дисков 2, между которыми помещен разжимной элемент 7. Обычно он имеет форму грибка с шарообразной поверхностью, иногда связан с резьбовым штоком.

Усилия от резьбового шпинделя 4 передается посредством внутреннего диска 1 на грибок 7, которой упирается в подпятники 3, закрепленные с внутренней стороны дисков. После того, как дисковые элементы 2 затвора легли на седельные кольца, шток 4 продолжает давить на внутренний диск 1 и грибок 7, тот в свою очередь передает усилие на дисковые подпятники, осуществляя таким способом разжим самих дисков 2.

В итоге прижимание дисков к седельным кольцам обеспечивается за счет воздействия шпинделя на их внутреннюю поверхность и с большим усилием на разжимную деталь.

Так как двухдисковая конструкция в свободном состоянии распадается, ее помещают в обойму 5.

Рис. 9 Задвижка клиновая с составным клином и двумя дисками – конструкция

Нередко встречаются двухдисковые конструкции без подпятника (рис. 9 справа).

В таких моделях при опускании затвора в седло приводное усилие передается через обойму 3 на внутренний диск 4, который упирается в дно седла. После этого дисковый элемент начинает давить на грибок 5, который своей полусферой упирается во внутреннюю поверхность дисков 1, приводя к их раздвиганию и плотному контакту с седельными кольцами.

Главное преимущество двухдисковой конструкции с составным клином – отсутствие контакта рабочих поверхностей во время опускания и подъема затвора. То есть разжимание дисков происходит только после соприкосновения затвора с седельными кольцами или дном седла, когда клин находится в рабочем положении на уровне проходного канала.

Поэтому данная задвижка ЗКЛ обладает минимальным износом рабочих поверхностей затворного узла, не требует приложения значительных усилий при подъеме и опускании клина.

Также для повышения герметизации допускается использование в седлах и клине эластичных колец.

К недостаткам конструктивного исполнения двухдисковых моделей стоит отнести наличие во всей арматуре только выдвигаемого шпинделя.

Рис. 10 Конструкция задвижек Valwe и варианты их монтажа в трубопровод из разных материалов

Статья по теме:

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