1.3.2. Запорно - переключающая арматура

Запорно- переключающая арматура служит для управления потоками перемещаемой по трубам среды, регулирования давления и расхода, необходимых для выполнения системой своих функций. Эта арматура имеет наибольшее количество разновидностей, обусловленных видом соединения трубопроводов (фланцевое, штуцерное, муфтовое), функциональным назначением (переключение, запрет обратного тока и пр.), а также Ду, Ру и т.д.

Клапанызапорныепроходныеявляются самым поздним изобретением по сравнению с кранами и задвижками. Они появились во времена промышленной революции в Англии и Германии, когда в технике наступила эра железа и пара. Они позволяли плавно и надежно закрывать трубопроводы не только с водой, но и горячим паром. Их изготовление требовало высокого уровня литейного производства и механической обработки.

Клапаны – наиболее распространенный вид запорной арматуры, они различаются в зависимости от способа управления главной деталью- тарелкой, перекрывающей поток, формы корпуса, направления пропускания потока и пр.

Обеспечивают прямой проход потока вдоль трубопровода(рис. 1.9). В них тарелка клапана 3 опускается и поднимается с помощью шпинделя 4, который при вращении его маховиком 10 перемещается относительно крышки 2. Тарелка закреплена на шпинделе свободно относительно перекоса и вращения и поэтому самоустанавливается на плоскости. В корпусе, в месте запирания тарелкой отверстия, расточено посадочное место – седло клапана 6. Для полной герметичности при невысокой степени гладкости седла снизу тарелки прикрепляется прокладка 5 из эластичного материала (паронит, резина).

Для того, чтобы вдоль шпинделя не протекала вода, вокруг него уложена сальниковая набивка 7 (асбестовый шнур в графитово- масляной пропитке), которая поджимается втулкой 8 с помощью откидных болтов 9

Рис. 1.9 Клапан запорный проходной фланцевый: 1-корпус; 2-крышка; 3-тарелка клапана; 4- шпиндель, 5 прокладка; 6-седло клапана; 7- сальниковая набивка; 8- втулка нажимная; 9-болт откидной; 10-маховичок

. Положение тарелки по высоте контролируется по знакам «О» и «З» на крышке. Указателем служит шейка в месте перехода от резьбовой к гладкой части шпинделя. Для клапанов присоединенных к бортам или днищу, , требуется сохранение запорных свойств при пожаре. Поэтому для них рекомендуется уплотнение без прокладки, типа «металл по металлу», которое обеспечивается точной притиркой тарелки к седлу. Движение жидкости через клапан возможно как слева направо – под тарелку, так и наоборот. При полностью открытом клапане, обеспечивается нормальная работа в обе стороны. Так как тарелка закрепляется с натягом в верхнем положении, отсутствуют автоколебания и кавитация. Сопротивление движению жидкости в обе стороны при этом одинаково. При обратном токе и не полностью поднятой

тарелке может нарушаться нормальная работа клапана. Поэтому, если заранее известно направление течения жидкости, клапан нужно устанавливать так, чтобы поток шел под тарелку.

Поток жидкости в клапане дважды меняет свое направление, поэтому этот вид арматуры имеет наибольшее гидравлическое сопротивление

Сальниковое уплотнение шпинделя является не очень надежным и применяется в общесудовых системах, где небольшие протечки или же незначительное загрязнение протекающей жидкости (маслом, графитом из сальника) не играют большой роли. Если же это недопустимо (дистиллят, масло турбинное, кислоты, щелочи, пар) применяются клапаны с сильфонным, полностью герметичным уплотнением.

Проходной запорный клапан можно устанавливать на вертикальных и горизонтальных трубопроводах с любым углом поворота относительно оси трубы.

Всего существует несколько десятков видов и разновидностей проходных клапанов отечественного и зарубежного производства, применяемых во всех судовых системах. В рассматриваемых здесь общесудовых системах, как

а)	б)	правило, применяют по одному виду клапанов, одобренных Регистром, различающихся конструктивно, в зависимости от типа соединения трубопроводов- фланцевые, (рис.1.9), штуцерные, муфтовые, (рис.1.10). Угловые запорные клапаны– применяются, когда сочетается необходимость выполнения запорной функции и изменения направления трубопровода на 900- с вертикального на горизонтальное.
Рис. 1.10 Проходные запорные клапаны: а - штуцерный; б - муфтовый

Совмещение колена и клапана в одном устройстве уменьшает габариты и массу системы. Внутреннее устройство угловых клапанов, показанных на рис. 1.11 аналогичны проходным (см. рис.1.9 и 1.10). Муфтовые угловые клапаны существуют, но применяются редко.

а)	б)
Рис. 1.11 Угловые клапаны: а - фланцевый; б - штуцерный		Рис. 1.12 Трехклапанная коробка

Клапанные коробки(рис. 1.12)– это объединение несколько угловых клапанов в одном корпусе – они имеют общую проточную часть, в которую открываются протоки от подходящих к ней трубопроводов. Кроме экономии металла это группирует управление однотипными по назначению трубопроводами в одном месте. Клапанные коробки бывают двух- и трех- клапанными. Из них собираются четырех -, пяти- клапанные.

Как правило, клапанные коробки применяются при фланцевом соединении, начиная с Ду 50 до Ду 150. Большие размеры серийно не выпускаются и выполняются по специальному заказу. Клапанные коробки штуцерного типа известны по старым справочникам и учебникам [1]. В современных каталогах и справочниках их найти не удалось.

Невозвратно- запорные клапаны – имеют конструкцию, аналогичную показанным выше клапанам, но отличаются способом крепления тарелки к шпинделю (рис. 1.13). Она не закреплена на шпинделе и не поднимается по вертикали вслед за его подъемом, как это происходит в обычном клапане (рис. 1.9), – ее понимает поток жидкости, набегающий под тарелку (если шпиндель поднят). При обратном токе жидкости тарелка прижимается ею к седлу и перекрывает

Рис.1.13 Тарелка невозвратного клапана

поток. Большую роль в этом играет сила тяжести клапана, поэтому в невозвратных клапанах седло клапана должно быть выставлено по горизонтали. Таким образом, клапаны невозвратного типа, располагать произвольно в пространстве нельзя. В невозвратно- запорных клапанах небольшого размера (штуцерного типа) применяют подпружиненную тарелку. В этом случае клапан может располагаться в пространстве произвольно.

Невозвратные клапаны - не могут принудительно закрываться – они не имеют устройства прижатия тарелки. Они просто не пропускают жидкость в обратном направлении.

Рис. 1.14. Невозвратный проходной фланцевый клапан

Такой клапан фланцевого типа показан на рисунке 1.14. Невозвратные проходные или угловые клапаны применяются в общесудовых системах крайне редко. Пример наиболее употребительных невозвратных клапанов особого типа в осушительных системах будет приведен ниже, в п.п. 1.3.4. Невозвратные клапаны бывают штуцерные и муфтовые , проходные и угловые. Устанавливаются они на трубопроводах когда необходимо исключить обратный ток жидкости.

Существует еще целый ряд разновидностей клапанов, выполняющих различные функции, но очень редко применяемых в общесудовых системах. Поэтому ограничимся указанием их типа и кратким описанием функций без наглядного представления конструкции.

Предохранительные клапаны– тарелка у таких клапанов нагружена силой сжатой пружины и открывается при определенном опасном для системы давлении под тарелкой, выпуская жидкость и сбрасывая давление. Чаще всего устанавливается за пожарным насосом, когда его напор при нулевом расходе более 70 м. вод. ст. (0.7МПа), чтобы избежать разрыва пожарных рукавов. Узел поджатия пружины регулирующий давление срабатывания закрывается пломбируемой крышкой.

Самозапорные клапаны- тарелка у них поднимается вручную подпружиненным рычагом, поэтому клапан открыт, пока рядом с ним находится человек и нажимает на рычаг; его невозможно случайно оставить открытым, что предотвращает неконтролируемое течение жидкости или выход взрывоопасных газов. Применяется, например, для спуска воды из ахтерпика в МО в осушительной системе, закрытия измерительных труб цистерн с горючими жидкостями.

Быстрозапорные клапаны с тросиковым приводом– шпиндель с тарелкой и втулкой с ходовой резьбой находится во «взведенном» состоянии под действием пружины и удерживается специальной собачкой, связанной с тросиком. В таком состоянии клапан может нормально открываться и закрываться маховиком. Когда необходимо экстренно прервать поток жидкости, например, в топливных трубопроводах при пожаре в МО, из ходовой рубки тросиком подрывается спусковой механизм ,тарелка со шпинделем опускаются вниз и клапан запирается.

Краны пробковые проходные Этот вид арматуры более чем на тысячу лет древнее клапанов. Такие краны применялись, например, в трубопроводах, снабжавших монастыри и богатые подворья древней Руси.

Рис. 1.15. Кран проходной пробковый фланцевый: 1-корпус; 2-пробка; 3-втулка нажимная; 4-набивка сальниковая; 5-рукоятка; 6-шпилька

Трубы были выдолблены из стволов деревьев, поток перекрывался конической пробкой, забиваемой поперек трубы. В пробке прорезалось отверстие, которое можно было повернуть вдоль или поперек потока. Практически без изменения принципа действия такие пробки перешли на самовары, а затем на первые централизованные городские трубопроводы из чугунных труб. Краны также имеют много разновидностей, обусловленных разными функциями, типом соединения с трубопроводами (штуцерное, фланцевое или муфтовое). Проходной пробковый кранимеет конструкцию, показанную на рисунке 1.15. Коническая пробка плотно притерта к корпусу и практически не пропускает жидкость или

газ. Прорезь в пробке занимает более 50% проходного сечения трубы, а поток не изменяет своего направления.

Благодаря этому сопротивление крана движению жидкости мало. Как и в клапане, верхняя часть пробки и ее шток уплотнены от протечек сальниковой набивкой, зажимаемой втулкой.

Применение кранов ограничено типоразмерами до Ду 80 и Ру 0.1МПа. Кроме этого, из-за того, что краны закрываются одним поворотом рукоятки на 90⁰, резкая остановка потока приводит к гидравлическому удару. Это явление приводило к разрушению чугунных труб первых столичных сетей водоснабжения в концеXIXв, что теоретически доказал будущий «отец русской авиации» Н.Е. Жуковский [ ]. Поэтому в трубопроводах с высокой скоростью течения жидкости (>1м/с) применять краны не рекомендуется. В современной номенклатуре арматуры простые проходные краны отсутствуют – их заменили клапаны и клинкетные задвижки.

Пробковые краны манипуляторытрехходовые–часто применяемый вид запорно-переключающей арматуры, так как один такой кран заменяет три проходных крана или клапана и значительно уменьшает длину и изгибы трубопроводов. Корпус крана (рис.1.16) выполнен так, что к нему можно присоединить три трубопровода, а в пробке сделаны проходные отверстия, имеющие конфигурациюLили Т, как показано на рисунке 1.16 а) и б).

Рис. 1.16 Трехходовые пробковые краны: а) – с L- образной пробкой; б)- с Т-образной

Кроме трехходовых существуют четырехходовые краны- манипуляторы, они находят ограниченное применение в системах СЭУ. В современных системах пЧрименяются и проходные шаровые краны, в которых пробка имеет сферическую форму, и плотно пригнанный к ней корпус, что исключает

необходимость в сальниковом уплотнении, практически отсутствует износ самой пробки. На судне они могут применяться в неответственных системах бытового водоснабжения и водяного отопления. Следует отметить, что существуют образцы надежных шаровых кранов зарубежных производителей, одобренных для установки в ответственных системах судов своими классификационными обществами (Ллойд, Веритас и пр.). Однако их применение требует специального согласования с отечественным Регистром.

Клинкетные задвижки. Задвижка– самый древний вид запорной арматуры, появившийся несколько тысяч лет назад (Вавилон, древний Рим) в эпоху строительства первых водопроводов с открытыми руслами (акведуков) и подземных каналов - галерей. Перенаправление и регулирование потоков в зависимости от городских нужд осуществлялось путем установки поперек потока пластины, входящей в специальные пазы в стенках русла водопровода. Современный вид (рис. 1.17) задвижки приобрели с появлением чугунных и стальных трубопроводов. Для уплотнения паза, в который входит задвижка ей придается форма клина.. Дополнительных эластичных прокладок , как в клапанах, здесь не предусмотрено.

Рис. 1.17 Клинкетная задвижка: 1-корпус, 2-клиновая задвижка, 3- крышка, 4- шпиндель, 5-направляющий паз задвижки, 6- втулка опорная, 7- грунд- букса, 8- втулка нажимная, 9-колонка указательная, 10- флажок указательный, 11- рукоятка, 12-пробка спускная, 13- пробка продувки, 14- гайка ходовая, 15-сальниковая набивка

Существует очень большое количество различных конструкций клинкетных задвижек (клинкетов), регламентируемых ГОСТами. Их разновидности обусловлены проводимой средой (пар, топливо, вода, газ), материалом (сталь, бронза), а также другими, более мелкими особенностями. Для судовых систем используются клинкетыпо ОСТ 5Р.5234-75. Для всех систем (в том городских водопроводов или газопроводов) они только фланцевые или (редко) приварные. Штуцерных или муфтовых задвижек для судовых трубопроводов не существует. В отличие от клапанов клинкетные задвижки имеют небольшой размер в длину и большую высоту, чем у клапанов, а время ее открытия или закрытия в 5-8 раз дольше, чем у клапана. Открытие поперечного сечения потока достигает 100% , что обуславливает наименьшее сопротивление движению жидкости из всех видов запорной арматуры. В связи с этим задвижки, в отличие от клапанов, устанавливают на тех

трубопроводах, где вода или газ протекают постоянно, уменьшая тем самым энергозатраты на их перемещение. По этой же причине клинкетные задвижки устанавливаются, как правило, на всасывающих трубопроводах при входе в насос, где очень важно уменьшить сопротивление.

Ряд типоразмеров судовых задвижек начинается от Ду65, заканчиваясь Ду 350. Кроме этого, по принципу задвижки устроены бортовые и донные кингстоны (см. ниже п. 1.3.4.), их типоразмеры – от Ду450 до Ду 950. Еще больший размер имеют задвижки на танкерах в переборках между танками.