Водопровідна запірна арматура є основною для систем опалення, гарячого та холодного водопостачання, водопідготовки, водоочищення та каналізації.

Запірна арматура повинна мати таке маркування:

• найменування або товарний знак виробника;
• умовний прохід, мм;
• умовний тиск, МПа;
• напрямок потоку середовища;
• марку матеріалу корпуса.

1. арматура, яка слугує для перекриття трубопроводів (дискові поворотні затвори, шиберні ножові засувки, мембранні вентилі);
2. безповоротна запірна арматура – слугує для пропускання рідини в одному з напрямків та перемикання в зворотному (зворотні клапани);
3. запобіжна запірна арматура – слугує для скидання надлишку тиску в трубопроводі, захищаючи його від розриву (скидні запобіжні клапани; одно- та двокамерні повітряні скидні клапани з малим проходом);
4. регулювальна запірна арматура – для регулювання потоків і підтримання рівня (гідравлічні регулювальні клапани, регулятори рівня, клапани регулювання тиску, аварійні клапани).

• муфтовий (різьбовий);
• фланцевий;
• зварний.

Типи запірної арматури:

• засувка;
• трубопровідний кран;
• запірний клапан (вентиль);
• дисковий затвор (заслінка, герметичний клапан).

Засувка

Засувки – це запірні пристрої, в яких прохід перекривається поступальним переміщенням затвора в напрямку, перпендикулярному до руху потоку транспортованого середовища.

У загальному вигляді конструкція засувки складається з корпусу і кришки, що утворюють порожнину, у якій міститься робоче середовище під тиском і всередині якої є затвор. Корпус має два кінці для приєднання до трубопроводу засувки (застосовують приєднувальні кінці фланцеві, муфтові і до заварювання).

Переваги засувок:

• незначний гідравлічний опір при повністю відкритому проході;
• відсутність поворотів потоку робочого середовища;
• можливість застосування для перекриття потоків середовища великої в'язкості;
• порівняно невелика будівельна довжина;
• можливість подавання середовища в будь-якому напрямку.

• їх не можна застосовувати для середовищ з включеннями, що кристалізуються;
• перепад тисків на затворі має бути невеликий;
• невисока швидкість спрацьовування;
• можна отримати гідравлічний удар в кінці руху;
• складно ремонтувати зношені поверхні ущільнювачів затвора при експлуатації.

Основні відмінності таких засувок – в конструкції запірного пристрою: за цією ознакою засувки поділяються на клинові, паралельні, шиберні і шлангові.

Клинова засувка

У клинових засувках сідла в корпусі розташовані під невеликим кутом один до одного, а затвор є пристроєм у вигляді клина – жорсткого, пружного або дводискового.

Жорсткий клин забезпечує надійну герметичність запірного пристрою, але для цього потрібна висока точність обробки для збігу кута клина з кутом між сідлами корпуса. Недоліки жорсткого клина: заклинювання затвора і неможливість або труднощі із відкриттям засувки внаслідок коливань температур робочого середовища, зношення або корозії поверхонь ущільнювачів.

Дводисковий клин утворюється двома дисками, розташованими під кутом один до одного і жорстко скріпленими між собою. У ньому диски можна само встановити щодо сідел корпуса, тому деякі похибки, яких припускаються при виготовленні сідел корпуса, не впливають на герметичність у положенні «закрито».

Пружний клин – це модифікація дводискового клина, диски якого пов'язані між собою пружним елементом, здатним згинатися, забезпечуючи щільний контакт між поверхнями ущільнювачів в положенні «закрито». У цьому затворі нижчі можливості самовстановлення дисків порівняно з дводисковим, хоча й зберігається здатність компенсувати деякі деформації корпусу від навантажень трубопроводу і коливань температур.

Паралельні засувки

У паралельних засувках ущільнювальні поверхні двох сідел в корпусі розташовані паралельно одна до одної. Затвор складається з двох дисків, які в положенні «закрито» за допомогою спеціального клинового грибка притиснуті до сідел, перекриваючи прохід робочому середовищу через корпус.

Шиберна засувка

Це однодисковий різновид паралельної засувки. Такі засувки застосовують у тих випадках, коли допускається односторонній напрямок потоку робочого середовища і не потрібна висока герметичність запірного пристрою. Вони призначені для встановлення як запірні пристрої на трубопроводах, що транспортують каналізаційні стоки, шлами, пульпи та інші забруднені механічними домішками середовища.

Шлангова засувка

Засувки з таким запірним пристроєм принципово відрізняються від інших конструкцій. Корпус не має сідел, а затвор – ущільнювальних поверхонь. Середовище рухається через еластичний шланг (патрубок), вставлений у корпус, який повністю ізолює металеві деталі конструкції від робочого середовища. Для перекриття проходу шланг повністю перетискається під дією шпинделя (штока). Шланги виготовляють з різних марок гуми, які забезпечують роботу засувок при тиску до 1,6 МПа і температурі до 110°С.

Трубопровідний кран

Кран – тип трубопровідної арматури, у якого запірний або регулювальний елемент, що має форму тіла обертання або його частини, обертається довкола власної осі, довільно розташованої до напрямку потоку робочого середовища.

Крани – це запірні, регулювальні або розподільні пристрої, призначені для роботи з газоподібними і рідкими середовищами, в тому числі в'язкими і забрудненими, суспензіями, пульпами, шламами.

Переваги трубопровідного крану:

• простота конструкції;
• невеликі габарити;
• малий час, що витрачається на поворот;
• можна застосовувати для вузьких і забруднених середовищ.

За спрямуванням потоку крани можуть бути прохідними (напрям потоку не змінюється), кутовими (напрямок потоку змінюється на 90°) і триходовими (кран має один вхідний і два вихідних патрубка, що дає змогу змішувати потоки середовищ з різними параметрами). Цю властивість триходових кранів використовують у змішувачах.

Основними частинами крана є корпус і пробка (затвор) у вигляді кулі чи конуса. Для проходження середовища в затворі передбачено наскрізний отвір. Керують краном, повертаючи пробку. При повороті на 90° повністю перекривається рух середовища, при повороті на менші кути – часткове, що дає змогу застосовувати кран як регулювальний пристрій.

Кульовий кран

Це різновид крана, запірний або регулювальний елемент якого має сферичну форму. Рухомим елементом (затвором) таких кранів слугує пробка сферичної форми – куля, по осі якої виконано наскрізний круглий отвір для проходження середовища. Діаметр отвору найчастіше відповідає внутрішньому діаметру трубопроводу, на який встановлюють кран. Гідравлічні втрати при проходженні робочого середовища через повністю відкритий кран дуже малі, фактично такі самі, як і при проходженні середовища через трубу, що рівна за довжиною корпусові крана, – це в рази менше, ніж у засувках і клапанах.

Переваги кульових кранів:

• дуже малі гідравлічні втрати;
• висока і надійна герметичність;
• проста форма проточної частини і відсутність в ній застійних зон;
• зручне керування.

Конусний кран

Це різновид крана, запірний або регулювальний елемент якого має форму конуса.

Наскрізний отвір у пробці, який на відміну від кульових кранів, як правило, не круглий, а трапецієвидний, забезпечує проходження середовища при відкритті такого крана. Сідлами є внутрішня поверхня корпусу. Таким чином, поверхнями ущільнювачів запірного органу є конічні поверхні – зовнішня пробки і внутрішня корпуса.

У конусних кранах забезпечуються дві важкосумісні вимоги – створити щільний і герметичний контакт між конічними поверхнями пари корпус-пробка і при цьому забезпечити вільний плавний поворот пробки, не допускаючи її заклинювання і задирання ущільнювальних поверхонь.

Запірний клапан

Запірний клапан – запірна арматура, конструктивно виконана у вигляді клапана, тобто її запірний елемент переміщається паралельно до осі потоку робочого середовища. Запірні клапани застосовують для повного перекриття прохідного перерізу, тобто запірний елемент, яким у запірному клапані найчастіше є золотник, в процесі експлуатації розміщений в крайніх положеннях «відкрито» або «закрито». Для регулювання витрати середовища шляхом зміни прохідного перерізу застосовують регулювальні клапани, ще й запірно-регулювальні клапани, які поєднують ці функції.

Рис. 1. Запірний клапан у розрізі:
1 – шпиндель, 2 – бугельний вузол, 3 – золотник, 4 – корпус

Клапани вентильного типу закручують вручну або електроприводом, а клапани з гладким штоком – гідро-, пневмо- або електромагнітним приводом.

Клапани дуже поширені як запірна арматура, що пояснюється хорошою герметизацією в запірному пристрої при відносній простоті конструкції. Клапани застосовують для рідких і газоподібних середовищ з широким діапазоном робочих параметрів: тиску – від вакууму до 250 МПа, температури – від –200 до +600°С. Клапани зазвичай використовують на трубопроводах порівняно невеликих діаметрів.

Переваги клапанів:

• можливість застосовувати в умовах високих температур і тисків, вакууму, корозійних і агресивних середовищ;
• порівняна простота технічного обслуговування та ремонту в умовах експлуатації;
• малий хід затвора для повного відкриття (зазвичай не більше 0,25 номінального діаметра, у той час як у засувок – не менше діаметра) і, відповідно, мала будівельна висота і маса;
• легко забезпечити необхідну герметичність затвора (шляхом застосування ущільнювальних кілець з різних неметалевих матеріалів).

• високий (порівняно з кульовими кранами та засувками) гідравлічний опір, що при більших діаметрах проходу і високих швидкостях середовища спричиняє великі втрати енергії, тобто необхідно відповідно підвищувати початковий тиск у системі;
• обмеження застосування за діаметром;
• наявність у більшості конструкцій застійних зон, в яких накопичуються механічні осади з робочого середовища, шлам, що призводить до корозії в корпусі арматури.

За конструкцією корпуса і розташуванням на трубопроводі запірні клапани поділяють на:

• прохідні – напрямок потоку середовища на вході і виході однаковий, але іноді вісь вихідного патрубка зміщена паралельно до вхідного;
• кутові – потік повертає на 90°, але один раз, що дає змогу знизити гідроопір;
• прямоточні – напрямок потоку зберігається, але вісь шпинделя розташована не перпендикулярно, а під кутом до осі проходу.

Дисковий затвор – тип трубопровідної арматури, в якому запірний або регулювальний елемент має форму диску, що обертається навколо осі, перпендикулярної або розташованої під кутом до напрямку потоку робочого середовища. Також ці пристрої називають заслінками, поворотними затворами, герметичними клапанами. Найчастіше таку арматуру застосовують при великих діаметрах трубопроводів, малих тисках середовища та низьких вимогах до герметичності робочого органу.

У дискових затворах запірний елемент, тобто затвор, має форму диска, який може перекривати прохід робочого середовища через кільцеве сідло в корпусі шляхом повороту (як правило на 90°) затвора навколо осі, перпендикулярної до напрямку потоку середовища. При цьому вісь обертання диска не є його власною віссю.

Дискові затвори, як і кульові крани, є одними з найсучасніших типів арматури.

Переваги дискових затворів:

• малі будівельні довжина і маса;
• простота конструкції, невелика кількість деталей;
• порівняна простота ремонту, можливість швидкої заміни елементів ущільнення;
• можливість застосування для великих діаметрів трубопроводів.

• великі крутні моменти для керування затворами великих діаметрів (при ручному керуванні це потребуватиме установлення редуктора);
• в положенні «відкрито» диск розташовується в проході корпусу, що погіршує гідравлічні характеристики і ускладнює очищення трубопроводу за допомогою механічних пристроїв.

Приєднання затвора до трубопроводу найчастіше стяжне, тобто отвори по краю корпуса арматури з’єднують накрізь шпильки від одного фланця трубопроводу до іншого.

Різновидом дискових затворів є герметичні клапани, які застосовують для встановлення на трубопроводах малих діаметрів для невеликого тиску та на повітроводах.

Андрій Андрушко