К трубопроводной арматуре относятся приспособления, устанавливаемые на трубопроводах и служащие для изменения мощности потока проходящей по трубопроводу жидкости (или какой-либо другой среды), а также изменения его направления, смешивания, разделения и т. п. Основные элементы трубопроводной арматуры – это задвижки, краны, вентили, клапана и т. д.

Классификация арматуры по функциональному назначению:

Арматура запорная применяется для перекрытия на трубопроводах потока жидкостей, пара, газов и должна обеспечивать заданную степень герметичности в соответствии с ГОСТ 9544-2005 «Арматура трубопроводная запорная. Классы и нормы герметичности затворов». К запорной арматуре относятся: задвижки стальные и чугунные, затворы дисковые, краны шаровые, клапаны (вентили). Недопустимо использовать запорную арматуру в качестве дросселирующих устройств (регулирование потока среды).

Арматура регулирующая предназначена для регулирования потока рабочей среды путем изменения ее параметров – расхода, давления, температуры и др. Регулирующая арматура подразделяется на устройства, работающие от внешнего привода (электрического, пневматического и др.) и устройства, использующие, в качестве привода или командного сигнала, энергию рабочей среды.

Арматура запорно-регулирующая объединяет функции запорных и регулирующих устройств. К такой арматуре относятся клапаны запорно-регулирующие КЗР, дисковые затворы и заслонки с возможностью дросселирования потока и терморегуляторы.

Арматура распределительно-смесительная предназначена для распределения потоков жидкостей или газов по определенным направлениям, в зависимости от заданных параметров или для смешивания потоков. Сюда входят смесительные и распределительные клапаны, сильфонные регуляторы температуры ТРЖ, РТЕ-21М, ТРТС и др.

Арматура предохранительная используется для автоматической защиты оборудования и трубопроводных систем при недопустимом повышении давления, методом сброса избытка рабочей среды в атмосферу (без противодавления) или в обратный трубопровод (с противодавлением). Сюда относятся пружинные и рычажные предохранительные клапаны, блоки предохранительных клапанов, импульсные устройства.

Арматура защитная и отключающая предназначена для автоматического отключения (защиты) оборудования при изменении направления движения среды или при изменении установленных параметров. Это отключающие и переключающие устройства, защитные котловые соленоидные клапаны (клапаны электромагнитные). К защитной промышленной арматуре, так же можно отнести фильтры сетчатые и фильтры магнитно-механические, основной задачей которых является защита трубопроводного оборудования от механического загрязнения.

Арматура обратная применяется для автоматического предотвращения гидроударов, а так же обратного хода рабочей среды в трубопроводных системах. В невозвратно-запорной арматуре, кроме автоматической, реализована ручная функция управления потоком среды. Это клапаны обратные (затворы) поворотные, подъемные, шаровые, тарельчатые, пружинные и др.

Арматура контрольная используется для определения уровня жидкости в емкостях и резервуарах, а также для подключения или отключения приборов КИП и автоматики. Сюда относятся спускные вентили, рамки-указатели уровня, трехходовые краны-демпферы для измерительных приборов.

Арматура фазоразделительная предназначена для автоматического разделения рабочих сред в зависимости от их агрегатного состояния. Действие такой арматуры основано на различии термодинамических свойств или плотности разделяемых потоков. Сюда относятся конденсатоотводчики всех типов, воздухоотводчики и сепараторы.

В данной статье речь пойдет о запорной арматуре.

Краны

Кран - это запорное устройство, в котором подвижная деталь затвора имеет форму тела вращения с проходом для потока рабочей среды, и для его перекрытия вращается вокруг своей оси, перпендикулярной оси трубопровода. Любой кран имеет две основные детали - неподвижную (корпус) и вращающуюся (пробку).

В зависимости от геометрической формы уплотнительной поверхности затвора краны разделяются на три основных типа: конические, цилиндрические и шаровые (сферические).

В зависимости от характера движения пробки различают краны с вращением пробки без подъема и с подъемом (отжимом) пробки перед поворотом и последующим опусканием (прижимом) после поворота.

По наличию или отсутствию сужения прохода краны бывают полнопроходные и суженные. Если диаметр такого отверстия в исполнительном элементе шарового крана равно внутреннему диаметру трубы, то говорят, что такой кран полнопроходной, если же это отверстие меньше, то шаровой кран называют полупроходным.

По форме прохода краны могут быть с круглым, прямоугольным, трапецеидальным и овальным проходами.

По материалу корпуса или пробки краны бывают бронзовые, латунные, цинково-алюминиевые чугунные, стальные, титановые, пластмассовые, керамические, графитовые и др.

По материалу уплотнительных поверхностей краны бывают с металлическими, пластмассовыми, графитовыми и резиновыми седлами или гнездами.

По конструкции корпуса различают краны с разъемом параллельным, перпендикулярным или наклонным к оси трубопровода и с цельным корпусом (без разъема).

По типу управления и привода краны могут быть с ручным управлением, с гидравлическим, пневматическим или электрическим приводом.

По направлению потока и числу патрубков различают краны проходные, угловые, трехходовые, многоходовые.

Краны применяются как для газообразных , так и для жидких сред практически с любыми свойствами. Запорные краны в основным используются на магистральных трубопроводах, транспортирующих природный газ и нефть, а также в системах городского и коммунального хозяйства.

Достоинства кранов:

• малое время открытия и закрытия;
• низкое гидравлическое сопротивление;
• небольшая высота и строительная длина.

Недостатки кранов:

• большие крутящие моменты, необходимые для управления;
• необходимость применения (для некоторых разновидностей) неметаллических уплотнительных элементов.

Клапаны запорные (вентили)

Клапан запорный (вентиль) - это конструктивный тип арматуры, в котором для перекрытия потока рабочей среды запорный орган перемещается возвратно-поступательно вдоль центральной оси уплотнительной поверхности корпуса. Подвижным элементом вентиля является шпиндель, ввинчиваемый в резьбу неподвижной ходовой гайки, расположенной в крышке или бугеле. Применение ходовой резьбы, обладающей свойствами самоторможения, позволяет оставлять запорный орган в любом промежуточном положении без его самопроизвольного изменения под действием давления. По конструкции корпуса вентили подразделяются на проходные, угловые и прямоточные. По способу герметизации подвижного соединения шпинделя с крышкой вентили подразделяются на сальниковые и сильфонные. По расположению ходовой резьбы вентили могут быть с выносной или с погружной резьбой. К вентилям условно относят также конструкции арматуры с мембранным (диафрагмовым) запорным органом. Вентили получили широкое применение, когда к надежности и герметичности перекрытия потока рабочей среды предъявляются повышенные требования.

Достоинства вентилей:

• возможность работы при высоких перепадах давлений на запорном органе и при больших значениях рабочих давлений;
• простота конструкции, обслуживания и ремонта в условиях эксплуатации;
• небольшой ход запорного органа, необходимый для полного перекрытия прохода (0,25 Ду);
• относительно небольшие габаритные размеры и масса;
• возможность использования в качестве регулирующего органа;
• возможность установки на трубопроводе в любом пространственном положении.

Недостатки вентилей:

• высокое гидравлическое сопротивление;
• невозможность применения на потоках сильно загрязненных рабочих сред, а также на средах с высокой вязкостью;
• возможность подачи рабочей среды только в одном направлении, обусловленным конструкцией клапана.

Кроме вентилей, предназначенных для полного перекрытия потока рабочей среды, в некоторых технологических системах также используется арматура, обеспечивающая плавное управление расходом за счёт изменения гидравлического сопротивления с надёжной фиксацией промежуточных положений. Для этих целей используются запорно-регулирующие вентили, имеющие золотник с профилированной рабочей поверхностью (обычно пробкового типа) и хорошо притертые уплотняющие кромки. При малых диаметрах условных проходов используются золотники в виде конуса. Разновидность таких вентилей носит название игольчатых вентилей.

Клапаны обратные подъёмные

Обратный клапан - это разновидность самосрабатывающих предохранительных устройств, предназначенных для предотвращения обратного потока рабочей среды в трубопроводе при падении в нем давления ниже определенного значения. Их конструкция чаще всего состоит из корпуса, внутри которого расположен механизм из спиральной пружины, поджимающей запорный поршень к входу устройства. Вода, поступающая на вход обратного клапана, давит на этот поршень, тем самым приоткрывая его для входа поступающей воды. При изменении направления потока жидкости на противоположное давление протекающей жидкости будет прижимать этот поршень к входу обратного клапана и тем самым препятствовать изменению направления протекающей жидкости.

Подъемные обратные клапаны имеют затвор, совершающий возвратно-поступательное движение перпендикулярно направлению движения рабочей среды в трубопроводе. Подъемные обратные клапаны, имеющие защитную сетку на входе и предназначенные для установки в начале всасывающего трубопровода, называются приемными клапанами. Имеются также конструкции приемных клапанов с сеткой, выполненных с поворотными затворами.

Достоинства клапанов обратных подъемных:

• простота конструкции;
• надежная герметичность.

Недостатки клапанов обратных подъемных:

• большое гидравлическое сопротивление;
• возможность заедания затвора в направляющей части крышки при использовании клапана в системах с загрязненной рабочей средой.

Клапаны предохранительные

Предохранительные клапаны - это вид трубопроводной арматуры, предназначенный для автоматической защиты технологической системы и трубопроводов от недопустимого повышения давления рабочей среды путем частичного ее сброса из защищаемой системы. Наиболее распространены пружинные предохранительные клапаны, в которых давлению рабочей среды противодействует сила сжатой пружины. Направление подачи рабочей среды - под золотник.

По способу выпуска рабочей среды предохранительные клапаны подразделяются на:

• клапаны открытого типа, работающие без противодавления и сбрасывающие рабочую среду непосредственно в атмосферу;
• клапаны закрытого типа, сбрасывающие рабочую среду в трубопровод (всасывающую линию перекачивающих устройств, "факельную" линию и т.п.). В этом случае клапан работает с противодавлением.

По высоте подъема золотника, определяющей пропускную способность клапанов, они подразделяются на:

• низкоподъемные (малоподъемные), у которых высота подъема золотника равна примерно 0,05 диаметра седла. Применяются такие клапаны, как правило, в системах с жидкой рабочей средой, когда не требуется большая пропускная способность;
• полноподъемные, у которых высота подъема золотника более 0,25 диаметра седла. Применяются такие клапаны в системах с газообразными средами. Открытие клапана происходит сразу на полный ход золотника.

Предохранительные клапаны выпускаются в двух исполнениях - с устройством для ручного открытия (ручным дублером) или без такого устройства.
Достоинства пружинных предохранительных клапанов:

• относительно малые габаритные размеры при больших проходных сечениях;
• возможность установки как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях;
• возможность получения высокой пропускной способности.

Недостаток пружинных предохранительных клапанов - резкое возрастание усилия пружины при ее сжатий в процессе подъема золотника.

Предохранительные клапаны производства ОАО "Благовещенский арматурный завод". Предохранительные клапаны производства ОАО "Благовещенский арматурный завод" могут устанавливаться в системах с жидкой и газообразной, химической или нефтяной рабочей средой. По заводской спецификации клапаны имеют маркировку типа СППК4Р-100-16, где буквенно-цифровое обозначение означает следующее: СППК - специальный пружинный предохранительный клапан;
4 - номер модификации клапана; Р - обозначает наличие рычага ручного дублера (при его отсутствии буква не указывается); 100 - условный проход на входе в мм (Ду); 16 - рабочее давление в кгс/см2 (Ру). По традиционной "таблице фигур" эти клапаны имеют условное обозначение типа 17с7нж где:
17 - обозначение типа арматуры - предохранительный клапан; с - обозначение материала корпуса клапана (сталь 20Л); 7 - условные числа, обозначающие номер модификации клапана; нж - обозначение материала седла клапана. Эти клапаны относятся к полноподъемным пружинным предохранительным клапанам двухпозиционного действия закрытого типа, но работают как полноподъемные только на газообразных (парообразных) средах. При работе на жидких (несжимаемых) средах их пропускная способность в 4-8 раз меньше, чем при работе на газообразных средах. Для проверки исправности и продувки клапана в рабочем состоянии клапаны типа СППК4Р имеют специальный рычаг для ручного открытия - устройство "ручного подрыва". У клапанов типа СППК4 рычаг отсутствует.
Предохранительные клапаны производства ЗАО "Армагус". Предприятием ЗАО "Армагус" выпускаются два вида предохранительных клапанов: 17с28нж (Р55166) - для применения в системах с условным рабочим давлением 16кгс/см2; 17с50нж (Р53089) - для применения в системах в условным рабочим давлением 40кге/см2. Установочное положение клапанов на трубопроводе - вертикальное, колпаком вверх. Принципиально конструкция клапанов производства ЗАО "Армагус" не отличается от конструкции клапанов производства Благовещенского арматурного завода. Эти клапаны также относятся к полноподъемным пружинным предохранительным клапанам двухпозиционного действия. Корпуса клапанов изготовлены из стали 25Л, а основные детали - из стали 20Х13Л. Уплотнение в затворе клапанов - металл по металлу. Номинальный диаметр условного прохода на входе Ду = 50 или 80мм. Конструкцией клапанов предусмотрена возможность ручного открытия с помощью рукоятки ("ручной подрыв").

Клапаны обратные поворотные

Клапаны обратные поворотные имеют затвор, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси, расположенной выше центра седла клапана. Поворотные обратные клапаны делятся на простые и безударные.
В простых клапанах ось поворота диска ("захлопки") вынесена за пределы проходного отверстия, а в безударных - ось пересекает проходное отверстие и расположена выше его центра. Все обратные клапаны устанавливаются в трубопроводах только в одном направлении с учетом движения рабочей среды - со стороны седла корпуса "под клапан". Некоторые поворотные обратные клапаны имеют диск с внутренним противовесом или специальным "закрылком" для создания дополнительного гидродинамического момента.

Достоинства клапанов обратных поворотных:

• малая строительная длина;
• возможность работы в системах с загрязнённой рабочей средой.

Недостатки клапанов обратных поворотных:

• возможность возникновения гидравлического удара в момент закрытия при резком падении давления на входе клапана (в клапанах большого диаметра);
• обязательность установки на трубопроводе в строго определенном положении.

Регуляторы давления и клапаны регулирующие

Регуляторы давления и клапаны регулирующие относятся к регулирующей арматуре, предназначенной для управления параметрами рабочей среды на определенном участке технологической системы или трубопровода, и состоят из двух функционально связанных частей:

• регулирующего органа - клапана (или заслонки), непосредственно воздействующих на поток проходящей рабочей среды путем изменения их пропускной способности;
• исполнительного (управляющего) механизма, предназначенного для создания управляющего воздействия на регулирующий орган. В качестве исполнительных механизмов могут быть использованы электрические, пневматические или гидравлические приводы.

В зависимости от положения регулирующего (запорного) органа регуляторы могут быть:

• нормально открытыми (НО) - с полностью открытым проходным сечением при отсутствии управляющего сигнала;
• нормально закрытыми (НЗ) - с полностью закрытым проходным сечением при отсутствии управляющего сигнала.

В зависимости от конструкции регулирующего органа регулирующие клапаны могут быть односедельными или двухседепьными.
Односедельные регулирующие клапаны, по сравнению с двухседельными, обладают тем преимуществом, что обеспечивают герметичное перекрытие потока рабочей среды в закрытом положении. Недостатком односедельных регулирующих клапанов является то, что их плунжер неразгруженный, и поэтому для них требуются более мощные приводы. Кроне того, при одном и том же условном проходе односедельные клапаны имеют меньшую (примерно в 1,6 раза) величину пропускной способности, по сравнению с двухседельными. Односедельные клапаны подразделяются на регулирующие и запорно-регулирующие. Как правило, односедельные регулирующие клапаны применяют в тех случаях, когда необходимо получить надежное перекрытие потока при закрытом клапане, а также при регулировании потоков вязких жидкостей и неоднородных сред. Односедельные клапаны применяют также при малых условных проходах трубопроводов. Двухседельные регулирующие клапаны имеют разгруженный затвор, что является одним из основных их преимуществ перед односедельными клапанами. Усилие, развиваемое рабочей средой вследствие наличия перепада давления на клапане, действует одновременно на оба жестко связанных между собой плунжера в противоположных направлениях. Благодаря этому двух седельные регулирующие клапаны при одном и том же приводе можно применять при более высоких перепадах давления, по сравнению с другими типами клапанов.
Недостатком двухседельных регулирующих клапанов является невозможность герметичного перекрытия прохода из-за неравномерности температурной деформации деталей вследствие различия коэффициентов линейного расширения материалов затвора и корпуса, неравномерности износа обоих седел, сложности точной одновременной притирки плунжеров к седлам. Вид действия (нормально открытый или нормально закрытый) двухседельного клапана может быть изменен путем различной сборки одних и тех же деталей (седел и плунжеров). Двухседельные регулирующие клапаны могут иметь линейную или равнопроцентную (логарифмическую) характеристику. При одном и том же условном диаметре эти клапаны могут иметь различные условные пропускные способности. Для регулирования потоков агрессивных рабочих сред применяются, как правило, диафрагмовые регулирующие клапаны. Корпус диафрагмового клапана изготавливается из чугуна и изнутри покрывается кислотостойкими материалами (полиэтилен, фторопласт, эмалевое покрытие и др.). К достоинствам диафрагмовых регулирующих клапанов относятся: возможность применения дешевых антикоррозионных материалов, взамен дорогостоящих нержавеющих сталей, а также бессальниковая конструкция клапана.
К недостаткам диафрагмовых клапанов относятся: неразгруженность затвора и ограниченные величины давления и температуры регулируемой рабочей среды.

Затворы поворотные дисковые

Затвор поворотный дисковый - это разновидность трубопроводной арматуры, представляющая собой кольцевой корпус с расположенным в нем поворотным диском, и предназначенная для использования в качестве запорной или регулирующей арматуры. Затворы, как правило, устанавливаются на магистралях большого диаметра в гидротехнических сооружениях. Запорный орган (диск) в затворе поворачивается вокруг оси, расположенной перпендикулярно к оси прохода. Для герметизации запорного органа применяются металлические или мягкие (резина, фторопласт) уплотнительные кольца. Управление затвором может осуществляться вручную (через редуктор) или при помощи электропривода. Затворы, используемые в варианте регулирующих заслонок, могут иметь пневматический, мембранный или гидравлический приводы.

Достоинства затворов поворотных дисковых:

• низкое гидравлическое сопротивление;
• отсутствуют зоны, в которых могут скапливаться частицы и грязь;
• сравнительно небольшие габаритные размеры и масса.

Недостатки затворов поворотных дисковых:

• пониженная герметичность запорного органа;
• большие крутящие моменты на валу из-за больших неразгруженных усилий, действующих на диск;
• трудность получения расчетных пропускных характеристик при работе затвора в качестве регулирующей заслонки.

Конденсатоотводчики

Конденсатоотводчики относятся к фазоразделительной арматуре и предназначены для автоматического отделения конденсата от пароводяной эмульсии и вывода его из системы, как не участвующего в технологическом процессе. По конструктивному исполнению Конденсатоотводчики подразделяются на клапанные и бесклапанные. Клапанные конденсатоотводчики периодического действия применяются в энергетических установках, где образование конденсата нерегулярно (при прогреве участков системы в периоды пуска установок, переключения линий и т.п.), и подразделяются на термодинамические и поплавковые. В термодинамических конденсатоотводчиках имеется диск, перекрывающий входное отверстие для пара, который открывает его при наличии конденсата. В поплавковых конденсатоотводчиках выпуском конденсата управляет поплавок, который может быть открытым, опрокинутым или закрытым. Более распространёнными в настоящее время являются термодинамические конденсатоотводчики, имеющие малые габариты и массу, простую конструкцию и высокую надежность.

Электроприводы

Электроприводы предназначены для дистанционного и местного управления различными по конструкции и характеристикам изделиями трубопроводной арматуры. В статье рассмотрены электроприводы производства ОАО "Тулаэлектропривод", применяемые в основном с задвижками. Заводом выпускается шесть типов электроприводов - М, А, Б, В, Г и Д, различающихся по следующим параметрам:

• крутящему моменту на выходном валу;
• частоте вращения выходного вала;
• числу оборотов выходного вала, необходимому для полного закрытия (открытия) затвора арматуры;
• максимальному усилию на ободе маховика;
• мощностью электродвигателя;
• габаритным и присоединительным размерам;
• типом ввода управляющего кабеля - штепсельным (ШР) или сальниковым (С).

Электроприводы позволяют осуществлять:

• открытие и закрытие прохода арматуры с пульта управления и остановку запорного устройства арматуры в любом промежуточном положении;
• автоматическое отключение электродвигателя при помощи муфты предельного момента при достижении запорным устройством арматуры крайних положений ("ОТКРЫТО" или "ЗАКРЫТО") или при аварийном заедании подвижных частей в процессе хода на открытие или закрытие;
• сигнализацию на пульте управления крайних положений запорного устройства арматуры и срабатывания муфты предельного момента;
• местное указание крайних положений запорного устройства арматуры на циферблате указателя;
• дистанционное указание степени открытия прохода арматуры на пульте управления (по особому заказу потребителей);
• автоматическое переключение электропривода из положения ручного управления на электрическое;
• электрическую блокировку электроприводов с работой других механизмов и агрегатов (по особому заказу потребителей);
• регулировку величины крутящего момента в заданных пределах. Установочное положение электроприводов - любое.

Электроприводы рассчитаны для работы в повторно-кратковременном режиме в соответствии с характеристиками электродвигателей. Род тока для питания электродвигателей - переменный, трехфазный, напряжением 380В, частотой 50Гц. Ввод электропитания может быть сальниковым или штепсельным. Электроприводы выпускаются в общепромышленном и взрывозащищенном исполнениях.