L1.T3.2. Запірна та перемикаюча арматура.

До запірної арматури відноситься засувки, заслінки та крани. Основне призначання запірної апаратури це перекривання або відкривання потоку рідини чи газу в трубопроводі. При тому запірна арматура не повинна в відкритому стані створювати значного місцевого опору. Перемикання потоків запірною арматурою в місцях розгалуження трубопроводів здійснюється закриванням однієї гілки та закриванням другої. Виключенням є крани. Для малих січень трубопроводів (до DN80) виготовляються трьох- та чоторьох-ходові крани (звичайний називається двох-ходовим). З їх допомогою можна переключати потоки одним краном. Для регулювання величини потоку в трубопроводі запірна апаратура не призначена і використовувати її таким чином недоцільно (виключенням є заслінки типу батерфляй). Хоча на практиці цим правилом нехтують та використовують (особливо заслінки та крани) для регулювання потоків. Цьому сприяють виробники, що удосконалюють конструкцію запірної арматури для можливості регулювання нею потоків. Деколи такі удосконалення мають скоріше рекламний характер. В будь якому випадку використання запірної арматури (особливо засувок, в меншій мірі кранів) в якості регулюючої арматури приводить до погіршення їх запірних властивостей та зменшення ресурсу роботи.

L1.T3.2.1. Засувки.

Засувки – це тип запірної арматури у якої запірний елемент (затвор) переміщається зворотно-поступально перпендикулярно потоку, що запирається.

З асувки конструюються таким чином, що в відкритому стані рідина отримує практично повний просвіт трубопроводу або еквівалентний діаметр просвіту рівний умовному проходу трубопроводу. Таким чином місцевий опір засувок мінімальний.

В основному в засувках використовується два основних типи запірних елементів – клин та перфорована пластина (шибер або ніж). Базуючись на цьому, розглядають два основних типи засувок, схематичне зображення яких приведено на рис.3.2.

У засувок з клиновидним затвором запірний елемент і сідло мають клиновидну форму. Запирання відбувається за рахунок прилягання цих двох поверхонь. Засувки з клиновидним затвором розрізняються по конструкції клина. Широко поширені засувки з цільними та складеним клином. Приклади таких конструкції засувки з цільним клином приведені на рис.3.3. В засувок з цільним клином він виготовляється як одна деталь. Такий спосіб герметизації дозволяє отримати жорстку конструкцію, яка витримує значні навантаження і дозволяє досягати надійної герметизації при достатньо малій металоємності та простоті конструкції. Але засувки з цільним клином:

• Вимагають високої точності при виготовленні і, відповідно, складного обладнання для виготовлення;

• Вони відносно скоро зношуються, а їх ремонт, через необхідність дотримання високої точності є складним; при ремонті необхідний їх повний демонтаж з трубопроводу;

• Схильні до заклинювання при транспортуванні середовищ з високою температурою, а це може спричинити аварійну ситуацію через неможливість відкрити засувку;

Використовувати даний тип засувок доцільно в місцях з рідкими циклами відкриття-закриття, але там де необхідно досягти високої степені запирання потоку.

В засувках зі складеними клинами клин складається з двох половинок. Це дозволяє механізму запирання спочатку опускати зведені деталі клина в сідло з меншим кутом ніж кут сідла, а потім розпирати обидві половинки притискаючи їх обох до сідла і так досягати герметизації. Така конструкція уже не вимагає абсолютно точно співпадіння кутів сідла і клину, тому спрощується виробництво. Значно спрощується ремонт таких засувок, він не вимагає повного демонтажу з трубопроводу. Ймовірність заклинювання таких засувок значно менша ніж у засувок з цільним клином. До недоліків даного типу засувок слід віднести складність конструкцій (існує пару різних виконань складених клинів). Складність конструкції збільшує металоємкість засувки а також вимагає більш частого догляду при експлуатації. Засувки зі складеним клином принципово не можна експлуатувати в напівзакритому стані, тобто пробувати регулювати ними потік.

Вище ішла мова про засувки з жорстким клином. Герметизація досягалось парою метал-метал.

Важливим недоліком цих засувок є можливість заклинювання. Тому створені виконання засувок з пружним клином. Пружні клини є як цільні так і складені. Пружність клина досягається обрезиненням робочої частини. Заклинювання засувок з обрезиненим клином практично виключене, це їх основна перевага. Крім того, засувки з обрезиненим клином добре себе зарекомендували при транспортуванні рідин з високим вмістом твердих частинок (в тому числі бруд та окалина). Конструкція засувки з обрезининим клином така, що вона не сприяє осіданню твердих частинок в зоні герметизації. Засувки з жорстким клином конструктивно виконані так, що, навпаки, сприяють осадженню твердих часток в зоні герметизації (рис. 3.5) що приводить до неповного закривання засувки і протікань. Тому засувки з обрезинненими клинами доцільно використовувати в потоках з високим вмістом твердих частинок і в трубопроводах де такі рідини прокачуються епізодично. Н едоліком засувок з обрезиненим клином є обмеження по температурі експлуатації та корозійній стійкості – резини при високих температурах можуть приварюватись до сідла, а в багатьох органічних речовинах набухають та втрачають свої характеристики.

В шиберних (ножових) засувках елемент що перекриває потік (ніж, шибер) і сідло мають плоскопаралельну форму (рис.3.6). Виконуються також з висувним та не висувним штоком. Шибер виконується зі сталі і полірується, точність виконання ножа і сідла є високою. По способу герметизації також існують різні виконання. Найбільш поширеним способом герметизації є метал-метал (рис.3.7). Існують також варіанти з герметизацією резина-метал, але на відміну від попереднього типу засуваок з резини (або обрезиненими) виготовляється сідла. Перевагою шиберних засувок є малі габарити, легкість монтажу та демонтажу. Шиберні засувки не заклинюють і при відкриванні та закриванні до маховика необхідно прикладати менші зусилля. Особливою перевагою шиберних засувок є те, що їх можна використовувати для перекривання потоків сипучих матеріалів. Працюють в дуже широкому діапазоні температур. В порівнянні з засувками з клиновидним способом герметизації шиберні засувки в масовому виробництві виготовляються для більших умовних проходів ( DN 1200-1400 в порівнянні з DN 600-800) Відносно мала металомісткість також є перевагою даного типу засувок. Недоліками є складність виробництва, обмеження по номінальному тиску, важкий ремонт.

Крім стандартного круглого січення шиберні засувки випускаються і прямокутні, квадратні (рис.3.8). Основне використання таких засувок перекриття повітропроводів вентиляційних систем.

Всі засувки з клиновидним запірним елементом можна навантажувати потоком в обох напрямках. Шиберні засувки стандартного виконання мають одностороннє навантаження потоком – в напрямку опори ножа до сідла. Для усунення цього недоліку виготовляються шиберні засувки із наскрізним ножем (рис. 3.9). Така конструкція шиберних засувок дозволяє навантажувати потоком в різні боки.

Під час експлуатації відкривати чи закривати потік всіма типами засувок необхідно повільно. Особливо трубопроводи великого січення. Не виконання цього правила приводить до гідродинамічних ударів, які можуть вивести з ладу як трубопровід так і арматуру.

Засувки, по конструкції бугеля (механізм перетворення обертального руху гвинта в зворотно-поступальний рух шпинделя) поділяються в засувки з висувним і не висувним гвинтом. В засувок з невисувним гвинтом є тільки одна перевага -- габарити. При цьому вони мають суттєвий недолік – гвинтова пара не ізольована від середовища що транспортується. Тому їх використання є обмеженим – в нафтопроводах і місцях з обмеженим монтажним простором (шахти, каналізаційні люки) в неагресивних середовищах. У засувках з висувним гвинтом гвинтова пара ізольована від середовища ущільненням. В хімічній промисловості використовуються саме цей тип засувки.