КЛАССИФИКАЦИЯ И КРАТКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОНСТРУКТИВНЫХ ИСПОЛНЕНИЙ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Краны по форме затвора подразделяются на конусные, шаровые и цилиндрические. Конусные краны могут быть сальниковыми или натяжными в зависимости от того, как регулируется посадка пробки в корпусе: сальником (в верхней части крана) или гайкой (в нижней части крана). Краны могут быть проходными и пробно-спускными. Проходные краны устанавливаются на участке трубопровода и имеют два присоединительных патрубка, пробно-спускные краны устанавливаются на агрегатах, котлах, емкостях, резервуарах и имеют один присоединительный патрубок и прямой или изогнутый спуск. Краны могут быть двух- или трехходовыми в зависимости от числа рабочих положений пробки. Краны со смазкой имеют устройство для периодической (ручной или автоматической) подачи густой смазки по каналам на пробке и корпусе для смазывания подвижного соединения. Краны для бесколодезной установки имеют конструкцию с органами управления, поднятыми над корпусом.
Недостатками кранов являются значительный крутящий момент для управления, а также ограниченная область применения в связи с наличием, как правило, неметаллических уплотнительных элементов; достоинствами - многоцелевое назначение, а также возможность обеспечения полнопроходности, малые строительные длина и высота.
Основные параметры кранов указаны в ГОСТ 9702-77.
Диапазон применения: Dу до 2500 мм, Ру до 320 кгс/см², температура рабочей среды от -200 до +400 °С.

Задвижки могут быть полнопроходными и суженными, в последних диаметр отверстия уплотнительных колец меньше диаметра трубопровода.
По форме затвора задвижки подразделяются на клиновые и параллельные. Клиновая задвижка имеет клиновый затвор, на котором уплотнительные поверхности расположены под углом друг к другу. Клин может быть цельным жестким, цельным упругим или составным двухдисковым. Параллельная задвижка имеет затвор, уплотнительные поверхности которого расположены параллельно друг к другу. Параллельная задвижка может быть шиберной (однодисковой) или двухдисковой.
По характеру движения шпинделя различаются задвижки с выдвижным шпинделем или штоком и задвижки с невыдвижным (вращаемым) шпинделем. В первом случае при открытии и закрытии задвижки шпиндель совершает поступательное или вращательно-поступательное (винтовое) движение. Во втором случае при открытии и закрытии задвижки шпиндель совершает только вращательное движение.
Задвижки с выдвижным шпинделем имеют большие габариты (по высоте), чем с невыдвижным шпинделем. Задвижки с невыдвижным шпинделем применяются для сред, обеспечивающих смазку пары трения ходовой гайки и шпинделя (нефтепродукты, вода и т.д.) и не вызывающих коррозию ходового узла. В остальных случаях используются задвижки с выдвижным шпинделем.
Задвижки выпускаются на следующие параметры: Dy от 50 до 2000 мм, Ру от l,6 до 250 кгс/см², температура рабочей среды до 565 °С.
По разовым заказам диапазон их применения может быть расширен.
Основные параметры задвижек указаны в ГОСТ 9698-86.

Задвижка шланговая представляет собой расположенный в защитном корпусе эластичный патрубок, который отбортован на фланцах корпуса, изолирует его и другие детали от воздействия рабочих сред. Перекрытие и регулирование потока рабочей среды осуществляется пережатием эластичного шланга. Применяются задвижки с односторонним и двухсторонним пережимом шланга.
Шланговые задвижки используются в качестве запорного устройства на трубопроводах, транспортирующих нефтепродукты, абразивные пульпы, шламы и другие агрессивные среды с температурой до +110 °С и давлением до 6 кгс/см².

Затворы дисковые имеют корпус цилиндрической формы (короткий отрезок трубы), диск закреплен на валу по диаметру полости корпуса (возможно некоторое смещение от оси). Поворот диска осуществляется при помощи вращения вала. В положении "открыто" плоскость диска установлена вдоль оси проходного отверстия. Диск может быть плоским или сложной формы.
Для обеспечения герметичности в большой номенклатуре затворов применяют эластичные уплотнительные элементы. Дисковые затворы выпускаются Dy 40÷2800 мм, Ру 2,5÷25 кгс/см², температура рабочей среды от -60 до +420 °С.
Регулирующие дисковые затворы применяются на параметры Ру до 400 кгс/см², температура рабочей среды от -70 до +550 °С в зависимости от применяемых конструкционных материалов и характера уплотнения.
По сравнению с другими конструкциями трубопроводной арматуры дисковые затворы имеют минимальную строительную длину и малую массу.
К их недостаткам относятся: пониженная герметичность запорного органа и значительные крутящие моменты на валу.
Эластичные уплотнительные элементы применяются, как правило, при температуре рабочей среды не выше +200 °С и давлении 40 кгс/см².
Основные параметры указаны в ГОСТ 12521-89.

Клапаны имеют большое число конструктивных разновидностей. В зависимости от назначения клапаны подразделяются на запорные, регулирующие, 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.
В зависимости от направления потока через арматуру клапаны подразделяются на проходные, прямоточные и угловые. В проходных клапанах среда на выходе из корпуса 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 клапана 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 рубопровода, 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 положении, и на нормально закрытые (НЗ), если пружина (груз) удерживает клапан в закрытом положении. Перестановочным называется усилие, необходимое для перемещения затвора арматуры в рабочих условиях.

Клапаны запорные - наиболее распространенная конструкция арматуры. Диапазон параметров: условное давление от 2,5 до 2500 кгс/см², температура рабочей среды от -100 до +600 °С с условными проходами от 3 мм до 600 мм (серийно выпускаются клапаны с условным проходом до 250 мм). Наиболее распространена конструкция клапанов, предусматривающая шпиндель, ввинчивающийся в резьбу неподвижной гайки, расположенной в крышке или бугеле, либо за счет вращения резьбовой втулки.
Отличаются простотой конструкции, но относительно большим коэффициентом сопротивления и малым ходом золотника (1/4 диаметра отверстия в седле). Клапаны Dy до 250 мм конструктивно могут быть вьшолнены для условий эксплуатации от глубокого вакуума до сверхвысоких давлений.

Мембранные запорные клапаны имеют особое конструктивное решение: упругая мембрана, выполняющая функции золотника, перемещается вдоль оси потока в седле клапана, перекрывая проход и обеспечивая при этом герметизацию рабочей полости клапана по отношению к внешней среде. Такие клапаны обычно изготавливаются из чугуна, а внутренние полости их покрываются защитным коррозионностойким слоем из неметаллических материалов (резина, пластмасса, эмаль).
Для применения в опасных и высокотоксичных средах используются клапаны с сильфонным уплотнением.
В качестве быстродействующей арматуры используются запорные клапаны, открытие и закрытие которых происходит за счет срабатывания пружины. Пружина "взводится" пневмо- или гидроприводом. Сюда относятся и клапаны с мембранным пневмоприводом.
Основные параметры указаны в ГОСТ 9697-87.

Кольцевые клапаны отличаются тем, что затвором в них является цилиндр (поршень), перекрывающий седло корпуса и отсекающий кольцевую проточную полость корпуса. Приводной механизм располагается внутри корпуса в герметизированной полости. Ось затвора направлена вдоль оси трубопровода. Управление кольцевым клапаном может осуществляться вручную, электроприводом, поршневым пневмо- или гидроприводом. Привод размещается снаружи корпуса или внутри его. Встроенный поршневой привод применяется при использовании в качестве источника энергии рабочую среду, транспортируемую по трубопроводу. Передаточным механизмом в приводе могут служить кривошипно-шатунный, реечно-зубчатый, винтовой механизмы, а также зубчатая коническая передача.

Электромагнитные запорные клапаны предназначены для быстрого дистанционного отключения или включения трубопровода. В связи с ограниченными тяговыми усилиями применяемых электромагнитов условные проходные диаметры электромагнитных клапанов прямого действия обычно имеют небольшое значение - Dy 6÷40 мм. Применение мембранных усилителей позволяет создавать электромагнитные клапаны с Dy 100÷200 мм. Диапазон давлений - от 1 до 200 кгс/см². Температура рабочей среды от -40 до +225 °С.
Электромагнитный привод встроен в клапан, а в качестве управляющего золотника, как правило, служит его сердечник.
Клапаны конструктивно выполняются так, что открытие и удержание основного золотника осуществляется за счет перепада давлений, а управляющий золотник перемещается усилием, развиваемым электромагнитом.
Основные параметры указаны в ГОСТ 22413-89.

Регулирующие клапаны предназначены для регулирования расхода среды и управляются от постороннего источника энергии. Управление клапанами осуществляется вручную (периодическое ступенчатое регулирование), при помощи пневматических и электрических исполнительных механизмов. Клапаны снабжены регулирующим органом односедельным или двухседельным. Клапаны с пневмо- или гидроприводом одностороннего действия, снабженные силовой пружиной или грузом, по виду действия подразделяются на нормально открытые (НО) и нормально закрытые (НЗ).
Регулирующие клапаны, предназначенные для работы на больших перепадах давления, получили название дроссельных. Процесс регулирования заключается в том, что при перемещении рабочего органа (плунжера) и, благодаря особой конструктивной форме плунжера и седла (стакана), обеспечивается заданная характеристика регулирования потока. Плунжеры бывают стержневые, полые, сегментные, тарельчатые и перфорированные.
Двухседельные клапаны получили более широкое распространение по сравнению с односедельными. Они имеют гидростатически уравновешенный плунжер, могут быть использованы на загрязненных средах.
В последнее время двухседельные клапаны вытесняются клапанами односедельными и клеточными, поскольку последние имеют меньшую металлоемкость и габариты.
Основные параметры указаны в ГОСТ 23866-87.

Отсечные (защитные) клапаны предназначены для быстрого отключения трубопровода или его части при аварийной ситуации или по технологическим требованиям. Характерной особенностью их является быстродействие, обеспечиваемое обычно срабатыванием пружины (винтовой или пакетом тарельчатых) в момент закрытия клапана. Пружина взводится пневмо- или электроприводом. В электроприводной арматуре для удержания пружины во взведенном положении используют защелки, управляемые электромагнитом.

Перепускные клапаны предназначены для поддержания давления среды на требуемом уровне путем перепуска ее через ответвление трубопровода.

Дыхательные клапаны предназначены для выпуска накопившихся паров или воздуха и предотвращения образования вакуума в резервуарах в результате "большого" и "малого" дыхания. "Большое" дыхание создается при поступлении и расходе жидкости, "малое" дыхание называется температурными колебаниями.

Клапаны отключающие устанавливаются, как правило, на линиях с малым диаметром, для которых выброс среды в атмосферу в результате поломки трубопровода недопустим (токсичные и аналогичные им среды).
Принцип действия отключающих клапанов аналогичен двухпозиционным регуляторам расхода с узким диапазоном регулирования по расходу, то есть при превышении определенного заданного расхода (например, при разрыве трубопровода) клапан закрывается.
Наиболее широкое распространение получили клапаны с пружинным задатчиком.

Клапаны распределительные предназначены для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям (трехходовые и многоходовые).
Обычно распределительные клапаны имеют электромагнитный привод и предназначены для дистанционного управления пневматическими и гидравлическими приводами.
Трехходовые клапаны предназначены для управления приводом одностороннего действия.
Распределительные клапаны имеют следующие способы фиксации положения:
- с помощью электромагнитного привода;
- с помощью механической защелки (фиксация золотника);
- от давления рабочей среды.

Клапаны смесительные используются, если необходимо смешивать в заданных пропорциях различные среды, отличающиеся по составу и температуре. При этом к ним могут предъявляться требования - выдерживать постоянные параметры смеси.

Обратные клапаны предназначены для предотвращения образования обратного потока среды. Запорный орган в обратных клапанах открывается прямым потоком среды, а закрывается обратным потоком. Обратные клапаны подразделяются на подъемные и поворотные. Подъемные обратные клапаны имеют затвор, совершающий возвратно-поступательное движение. Поворотные обратные клапаны имеют затвор, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси, расположенной выше центра седла клапана. Поворотные обратные клапаны могут быть одно- и многодисковыми. Подъемные обратные клапаны, имеющие сетку и предназначенные для установки в начале всасывающего трубопровода, называются приемными клапанами.

Невозвратно-запорные клапаны представляют собой обратные клапаны, в которых помимо автоматического возможно и принудительное закрытие затвора, а невозвратно-управляемые - обратные клапаны, в которых возможно принудительное закрытие и открытие затвора.

Обратные дисковые затворы предназначены для предотвращения обратного потока среды, их принцип действия - поворотный. Обратные дисковые затворы больших Dy во избежание гидравлического удара оснащены гидродемпферами.
Обратные дисковые затворы имеют следующие параметры: Dy 15÷2200 мм Ру 2,5÷250 кгс/см², температура рабочей среды до +600 °С.
Основные параметры указаны в ГОСТ 22445-88.

Регуляторы давления прямого действия являются автоматически действующей арматурой, обеспечивающей поддержание постоянного давления на участке системы до или после регулятора путем изменения расхода среды. Они состоят из следующих основных элементов: регулирующего органа (с чувствительным элементом-датчиком командных сигналов привода), привода, задатчика нагружения (с грузовым, пружинным или пневматическим нагружением), импульсного устройства (пилотного управляющего устройства) и импульснойлинии связи "регулятор – трубопровод". Чувствительные элементы делятся на мембранные, сильфонные и поршневые.
Действие регулятора основано на использовании энергии рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. С изменением давления на контролируемом участке изменяется степень открытия затвора в сторону, необходимую для восстановления исходного давления.
Регуляторы давления по функциональной зависимости регулируемой величины изготавливаются астатическими или статическими (пропорциональными).
Основные параметры: Dy 3÷800 мм, Ру не более 400 кгс/см², температура рабочей среды от -200 до +600 °С.
Основные параметры указаны в ГОСТ 12678-80.

Регуляторы уровня прямого действия предназначены для автоматического поддержания уровня жидкости в сосуде в установленных пределах заданной высоты. Поддержание уровня осуществляется:
- путем впуска дополнительного количества жидкости (регулятор питания);
- путем выпуска избыточного количества жидкости (регулятор перелива).
Основными их конструктивными элементами являются:
- датчик положения уровня;
- исполнительное устройство в виде запорного или регулирующего клапана;
- поплавковое устройство.
Для передачи командных сигналов с датчика на привод клапана используется передаточное устройство электрического или механического действия (рычажное устройство). Датчиком положения обычно служит поплавок.

Предохранительные клапаны предназначены для автоматического сброса среды при повышении (в замкнутом пространстве) давления среды сверх установленного. В зависимости от пропускной способности различаются предохранительные клапаны малого, среднего и полного подъема. В малоподъемных предохранительных клапанах подъем тарелки совершается на 1/40÷1/20 диаметра седла, в полноподъемных - на высоту более 1/4 диаметра седла, в среднеподъемных (применяются редко) - на высоту от 1/20 до 1/4 диаметра седла. В зависимости от количества седел (и тарелок) предохранительные клапаны бывают одинарные и двойные.
По методу нагружения предохранительные клапаны подразделяются на грузовые, у которых герметизация запорного органа обеспечивается с помощью груза, и пружинные, у которых герметизация запорного органа обеспечивается усилием пружины.
По способу выпуска избыточной среды они подразделяются на клапаны открытого действия (сброс в окружающую атмосферу) и закрытого действия (сброс в установленную технологией систему).
По характеру источника энергии предохранительные клапаны делятся на клапаны прямого действия (непосредственно от воздействия давления рабочей среды) и непрямого действия (с помощью специальных импульсных клапанов - см. импульсно-предохранительные устройства).
По характеру открытия предохранительные клапаны делятся на клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах) и клапаны двухпозиционного действия.
Обычно предохранительные клапаны имеют угловой корпус.
Конструкции предохранительных клапанов и место их установки определены нормами Госгортехнадзора и Госатомэнергонадзора.
Предъявляемые требования:
- обеспечение срабатывания при давлении не выше установленного значения (1,1÷1,25 Р настройки);
- обеспечение обратной посадки - давление не ниже определенного значения (0,8÷0,9 Р настройки);
- обеспечение в открытом положении требуемой пропускной способности;
- герметичность перекрытого запорного органа при рабочем давлении;
- сохранение работоспособности в течение заданного срока службы.
Диапазон применения Ру до 400 кгс/см², Dy 10÷300 мм.
Основные параметры указаны в ГОСТ 12532-88.

Импульсно-предохранительные устройства (ИПУ) представляют собой блок предохранительных клапанов непрямого действия и состоят из главного предохранительного клапана с большой пропускной способностью и импульсного клапана, управляющего приводом главного клапана. Такие устройства предназначены для обслуживания в аварийном режиме установок большой мощности. При возникновении в системе давления, превышающего установленное, открывается импульсный клапан и направляет или сбрасывает рабочую среду в привод или из привода главного клапана, который открывается и сбрасывает избыточное количество среды.
ИПУ устанавливается на трубопроводах с большим расходом (Dy > 50 мм).

Импульсный предохранительный клапан (ИПК) представляет собой самостоятельную или встроенную конструкцию в виде предохранительного клапана прямого действия выполняющего роль чувствительного элемента.
ИПК может снабжаться дополнительным электромагнитом, пневмогидроприводом.

Мембранные разрывные устройства (МРУ) устанавливаются (иногда nocледовательно с предохранительным клапаном) при высокой токсичности или агрессивности рабочей среды, когда протечка через предохранительный клапан совершенно недопустима.
МРУ представляет собой мембрану, которая зажимается между двумя фланцами.
Назначение МРУ состоит в том, чтобы при нормальных условиях установки герметично и надежно отделить друг от друга технологическую и выпускную линии, а при возникновении аварийного давления путем разрушения мембраны открыть проход избыточной среде.
В ответственных установках большой единичной мощности, требующих применения оборудования повышенной надежности, применяются импульсные мембранные разрывные устройства (ИМРУ), в которых мембрана принудительно вырубается с помощью привода, срабатывающего автоматически при возникновении аварийного давления. Так же как и при применении МРУ, при срабатывании ИМРУ система остается незащищенной, а расход среды по времени не ограничен, поэтому требуется применение предохранительного клапана.

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 легкоиспаряющейся жидкости или расширения 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.
Сопловые конденсатоотводчики, как правило, снабжаются грязеуловителями с сеткой. Их преимущества: отсутствие подвижных деталей, малые габариты и вес, нет необходимости в обслуживающем персонале.
Основные параметры указаны в ГОСТ 15112-80.

Газоотводчики 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.

Запорные устройства указателя уровня кранового типа применяются на котлах, сосудах и резервуарах для воды и других жидких сред. Состоят из верхнего и нижнего кранов и пробно-спускного крана для продувки.

Запорные устройства указателя уровня вентильного типа применяются для перекрытия подачи среды в смотровое стекло указателя уровня, устанавливаемого на котлах, сосудах и резервуарах. Верхний и нижний вентили - с автоматически действующим аварийным шаровым затвором, обеспечивающим закрытие прохода при поломке стекла (шарик струей среды прижимается к седлу и закрывает проход).