Слово «фланец» пришло в русский язык из немецкого языка вместе с самим фланцем, а не было присвоено на основании каких-то аналогий. В немецком существительное Flansch обозначает ровно то же самое, что и производное от него русское слово «фланец», ─ плоскую металлическую пластину на конце трубы с отверстиями для резьбового крепежа (болтов или шпилек с гайками). Привычнее, когда эта пластина круглая, но одним диском форма фланцев не ограничивается. Используются, например, квадратные и треугольные фланцы. Но круглые изготовить легче, поэтому применение прямоугольных или треугольных фланцев можно оправдать действительно весомыми причинами.

Материал, типы и особенности конструкции фланцев определяются условным диаметром, давлением рабочей среды и целым рядом других факторов.

Для изготовления фланцев трубопроводной арматуры используют серый и ковкий чугун, разные сорта стали.

Фланцы из ковкого чугуна рассчитаны на более высокое давление и широкий диапазон температур, чем фланцы, сделанные из серого чугуна. Еще более стойкими к воздействию этих факторов являются литые стальные фланцы. Стальные приварные, столь же легко перенося высокие температуры, уступают литым фланцам в максимально допустимом давлении.

Особенностями конструкции фланцев может быть наличие выступов, фасок, шипов, кольцевых выборок и т. д.

Распространенность фланцевых соединений трубопроводной арматуры обусловлена множеством присущих им достоинств. Самое очевидное из них ─ возможность многократного монтажа и демонтажа. Соблазн добавить к существительному «монтаж» прилагательное «легкий» несколько убавляется, если вспомнить о том, сколько болтов потребуется открутить и закрутить при разборке и стыковке фланцев больших диаметров (фланцевые соединения обычно используют при диаметре труб от 50 мм). Хотя и в этом случае трудоемкость монтажных работ не выйдет за пределы разумного.

Фланцевые соединения отличаются прочностью и надежностью, что позволяет использовать их для комплектации трубопроводных систем, работающих под высоким давлением. При соблюдении ряда условий фланцевые соединения обеспечивают очень хорошую герметичность. Для этого стыкуемые фланцы должны иметь аналогичные, не выходящие за рамки допустимой погрешности, присоединительные размеры. Еще одно из условий ─ обязательная периодическая подтяжка стыков, позволяющая поддерживать на должном уровне «хватку» болтовых соединений. Это особенно важно при постоянном воздействии на них механических вибраций или наличии существенных колебаний температуры и влажности окружающей среды. И чем больше диаметр трубопровода, тем это актуальнее, ведь по мере его увеличения усилие на фланцы возрастает. Герметичность фланцевых соединений во многом зависит от уплотнительной способности устанавливаемых между фланцами прокладок.

Нельзя сбрасывать со счетов деформации. Причем фланцы, выполненные из разных материалов, подвержены им в неодинаковой степени, поэтому материал, из которого он сделан, является важнейшим параметром фланца. Так, пластичные стальные фланцы деформируются легче, чем выполненные из более хрупкого, но при этом гораздо лучше держащего форму чугуна.

Недостатки фланцевой арматуры являются продолжением ее достоинств. Высокая прочность оборачивается значительными габаритными размерами и массой, которые, в свою очередь, означают повышенный расход металла (при изготовлении фланцев крупных размеров приходится использовать толстый металлический лист или круглые профили большого диаметра) и трудоемкость производства.

Арматура под приварку

К приварке арматуры прибегают, когда надежность и герметичность других видов соединений признается неудовлетворительной. Особенно востребована сварка при устройстве трубопроводных систем, в которых рабочей средой являются токсичные, ядовитые или радиоактивные жидкости и газы. В этом случае сварочное соединение, при правильном исполнении обеспечивающее 100-процентнуюгерметичность, может оказаться оптимальным, а зачастую и единственно приемлемым решением. Важно только, чтобы такой участок системы не нуждался в частом демонтаже оборудования, выполнение которого всякий раз будет приводить к полному разрушению сварных соединений.

Благодаря сварке, объединяющей фрагменты трубопроводной системы в единое целое, удается обеспечить гармонию, или, говоря техническим языком, структурное соответствие между всеми ее элементами ─ трубами и трубопроводной арматурой. Главное, чтобы из-за различий механических свойств сварного соединения и других составляющих трубопроводной системы оно не стало ее слабым звеном.

Присоединительные концы арматуры подготавливают под приварку, выравнивая и зашлифовывая поверхность свариваемых фрагментов, снимая требуемые фаски.

Сварные соединения могут быть выполнены в раструб и встык. В первом случае сварочный шов располагается на внешней стороне трубы. Такой вариант обычно используется для стальной арматуры сравнительно небольшого диаметра, монтируемой в трубопроводах, работающих при высоком давлении и температуре рабочей среды.

Во втором случае соединение может дополняться подкладным кольцом, исключающим перекос соединяемых деталей. Именно такие, отличающиеся надежностью и абсолютной герметичностью соединения используются при монтаже трубопроводных систем опасных производственных объектов, например, энергоблоков атомных электростанций.

Важными достоинствами сварных соединений, особенно по сравнению с фланцевыми, являются минимальный вес, компактность и экономия пространства.

Арматура муфтовая

Одним из наиболее распространенных в технике является муфтовое соединение арматуры.

Его применяют для различных типов арматуры малого и среднего диаметра, работающих при низких и средних давлениях, корпус которых изготовлен из чугуна или сплавов цветных металлов. Если давление высокое, то предпочтительнее использовать цапковую арматуру.

В присоединительных патрубках муфтовой арматуры резьба находится с внутренней стороны. Как правило, это трубная резьба ─ дюймовая резьба с мелким шагом. Ее формируют различными способами ─ накаткой, нарезкой, штамповкой. Важно, что при мелком шаге резьбы высота зубьев не зависит от диаметра трубопровода.

Снаружи присоединительные концы оформляют в виде шестигранника, чтобы было удобно пользоваться ключом.

Слово «муфта» пришло в русский язык из немецкого, а, возможно, из голландского языка, где mouw означает рукав. Муфта, как и клапан, - пример того, как портняжное дело и производство трубопроводной арматуры используют каждый в своей специальной терминологии одинаковые по звучанию, но несущие разную смысловую нагрузку слова. В технике муфтой называют не рукав, а короткую металлическую трубку, обеспечивающую соединения цилиндрических частей машин.

Мелкая резьба муфтового соединения плюс использование специальных вязких смазок, льняных прядей или фторопластового уплотнительного материала (ленты ФУМ) гарантируют его высокую герметичность. Муфтовое соединение не требует использования дополнительных крепежных деталей (например, болтов или шпилек, как во фланцевом соединении). Но нельзя не учитывать, что наворачивание муфты на резьбу с уплотнением требует немалых усилий, тем больших, чем больше диаметр трубопровода.

Штуцерная арматура

Немецкое происхождение термина «штуцер» от глагола stutzen (подрезать, нарезать) выдает даже его звучание. Так из-за наличия нарезного ствола именовали использовавшиеся для вооружения армий вплоть до XIX столетия мушкеты. В современной технике это существительное применяется для определения короткого отрезка трубы (другими словами ─ втулки) с резьбой на обоих концах, служащего для присоединения труб и трубопроводной арматуры к агрегатам, установкам и резервуарам. В штуцерном соединении присоединительный конец арматуры с наружной резьбой посредством накидной гайки подтягивается к трубопроводу. Его используют для арматуры малого и сверхмалого (с номинальным диаметром до 5,0 мм) диаметров. Как правило, это лабораторная или иная специальная арматура. Например, редукторы, устанавливаемые на баллонах со сжатым газом. С помощью штуцерного соединения в трубопроводные сети «вживляются» различные контрольно-измерительные приборы (КИП), монтируются испарители, термостаты, многие виды оборудования, входящие в состав технологических линий химического производства.

Цапковая арматура

Термин «цапковое соединение» вошел в широкий обиход в конце XIX столетия. Его главные атрибуты для трубопроводной арматуры ─ присоединительные патрубки с наружной резьбой и наличия буртика. Конец трубопровода с буртиком накидной гайкой прижимается к торцу патрубка арматуры.

Цапковое соединение используется для арматуры высокого давления небольших размеров, в частности, приборов КИП. Оно эффективно при ввинчивании арматуры в корпус сосудов, аппаратов, установок или машин. Его герметичность обеспечивается наличием прокладок и специальными смазками.

Примером цапкового соединения может служить подсоединение пожарного рукава к пожарному гидранту.

Всем резьбовым соединениям свойственны такие достоинства как минимальное количество присоединительных элементов, малая металлоемкость и, соответственно, небольшая масса, технологичность. Эффективный монтаж резьбовых соединений требует совпадения внутренней и наружной резьбы, использование мягких или вязких материалов для уплотнения. Но при этом следует учитывать, что нарезка резьбы уменьшает толщину стенки трубы, поэтому такой тип соединения плохо подходит для тонкостенных труб.

Кроме перечисленных существуют и другие способы присоединения арматуры. Так, в трубопроводных системах могут применяться дюритовые соединения. Это соединения посредством цилиндрических муфт, состоящих из нескольких слоев прорезиненной ткани (говоря простыми словами ─ фрагментов шлангов), надвигаемых на сделанные на патрубках выступы и фиксируемых с помощью металлических хомутов.

Еще один способ присоединения арматуры ─ пайка, которую применяют для медных труб с небольшим диаметром. Конец трубопровода, обработанный припоем, вставляется в выполненную в патрубке проточку.

Функциональные возможности, работоспособность и надежность трубопроводной системы определяется не только параметрами входящей в ее состав арматуры, но и тем, насколько качественно выполнено соединение арматуры, выбору и выполнению которого всегда следует уделять повышенное внимание.

Имеет внутреннее резьбовое присоединение. Благодаря этому резьбовому соединению муфтовый кран имеет меньшую строительную длину и массу.

Схема крана шарового муфтового

Преимущество крана в том, что для надежного соединения не нужны дополнительные крепежные элементы. Также он незаменим на тех участках трубопровода, где недостаточно места для работы гаечным ключом.

Кран шаровой фланцевый

Присоединяется к фланцам. Присоединение обеспечивается за счет двух фланцев, уплотнительного кольца, соединительных болтов и гаек.

Схема крана шарового фланцевого

Краны легко монтируются и обслуживаются, их можно многократно монтировать и демонтировать, при этом фланцевые краны имеют большие размеры и вес. Используются, как правило, на трубопроводах, где требуется частый монтаж и демонтаж кранов.

Кран шаровой штуцерный

Это кран с наружной резьбой, к которому присоединяется нипель с накидной гайкой. Конструкция обеспечивает небольшие размеры и вес изделия, при этом такой кран прост в обслуживании и монтаже.

Схема крана шарового штуцерного

Легко монтируются и обслуживаются, их можно многократно монтировать и демонтировать. В отличие от фланцевых кранов занимает меньше места и может устанавливаться в труднодоступных местах.

Кран шаровой приварной

Имеет концы под приварку. Такие краны имеют небольшой вес, герметично крепятся к трубе, однако сложно обслуживаются: их демонтаж и замена довольно трудоемки.

Схема крана шарового приварного

Предназначены для высокого давления рабочей среды, поэтому обладают высокой герметичностью перекрытия и прочностью соединения.

Электроприводы выпускаются с наибольшими крутящими моментами от 0,5 до 850 кгс-м в нормальном и взрывозащищенном исполнениях при различной категории взрывозащиты. Эти и другие параметры электроприводов отражены в условном обозначении привода, состоящем из девяти знаков (цифр и букв). Первые два знака (цифры 87) обозначают электропривод с электродвигателем и редуктором. Следующим знаком является буква М, А, Б, В, Г или Д, обозначающая тип присоединения электропривода к арматуре. Присоединение типа М приведено на рис. II.2, типов А и Б - на рис. II.3, типов В и Г на - рис. II.4, типа Д - на рис. П.5. Размеры присоединительных элементов приведены в табл. 11.106.

11.106. Размеры присоединительных элементов унифицированных электроприводов арматуры

Все электроприводы присоединяются к арматуре при помощи четырех шпилек. Диаметры шпилек и размеры опорных площадок для различных типов присоединений различны. С увеличением крутящего момента, развиваемого при водом, они увеличиваются. В присоединениях типов В, Г и Д предусмотрены две шпонки, для того чтобы разгрузить шпильки от срезывающих усилий, создаваемых передаваемым от привода к арматуре крутящим моментом.

Следующая цифра условно указывает крутящий момент электропривода. Всего предусмотрено семь градаций для общего интервала крутящих моментов от 0,5 до 850 кгс-м (табл. 11.107). Внутри предусмотренного интервала настройка на требуемый крутящий момент производится путем регулировки муфты ограничения крутящего момента.

11.107. Условные обозначения параметров электроприводов

Следующая цифра условно обозначает частоту вращения (в об мин) приводного вала электропривода, передающего вращение ходовой гайке арматуры или шпинделю. Предусмотрено восемь частот вращения приводного вала электропривода - от 10 до 50 об мин (табл. 11.107).

Затем указывается условно полное число оборотов приводного вала, которое он может сделать в зависимости от исполнения коробки путевых и моментных выключателей. Всего предусмотрено шесть градаций (табл. 11.107).

Этим ограничивается первая группа знаков. Вторая группа состоит из двух букв и цифры. Первая буква второй группы обозначений указывает исполнение привода по климатическим условиям: У - для умеренного климата; М - морозостойкое; Т - тропическое; П - для повышенной температуры. Вторая буква обозначает вид подключения контрольного кабеля к коробке электропривода; Ш - штепсельный разъем; С - сальниковый ввод. Последняя цифра указывает исполнение привода по взрывозащите. Цифра 1 обозначает нормальное исполнение Н; остальные цифры от 2 до 5 указывают категории взрывозащищенности: 2 - категория ВЗГ; 3 - категория В4А; 4 - категория В4Д; 5 - категория РВ. Таким образом, электропривод под обозначением 87В571 УС1 имеет следующие данные: 87 -электропривод; В - тип присоединения; 5 - крутящие моменты от 25 до 100 кгс-м; 7 - частота вращения приводного вала 48 об мин; 1 - полное число оборотов приводного вала (1 - 6); У - для умеренного климата; С - сальниковый ввод контрольного кабеля; 1 - исполнение по взрывозащите нормальное Н.

Ниже приведены краткие технические характеристики и габаритные данные электроприводов унифицированного ряда.

Электроприводы нормального исполнения с присоединением типа М с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента (рис. П.6). Условные обозначения 87М111 УШ1 и 87М113 УШ1. Предназначены для управления трубопроводной арматурой в конструкциях с максимальным крутящим моментом до 2,5 кгс-м. Пределы регулирования крутящего момента от 0,5 до 2,5 кгс-м. Полное число оборотов приводного вала 1 - 6 (87М111 УШ1) и 2 - 24 (87М113 УШ1). Частота вращения приводного вала 10 об мин. На приводе установлен электродвигатель марки АВ-042-4 мощностыо 0,03 кВт с частотой вращения 1500 об мин. Передаточное число от мзтвика ручного дублера к приводному валу = 1. На ободе маховика может быть приложено усилие до 36 кгс. Электроприводы имеют встроенную коробь! путевых и моментных выключателей. Масса электропривода 11 кг. Габаритные размеры электроприводов 87М111 УШ1 и 87М113 УШ1 приведены и рис. П.6.

11. 108. Условные обозначения электроприводов

11.109. Краткие технические характеристики и масса электроприводов

11.110. Условные обозначения электроприводов

Электроприводы нормального исполнения с присоединением типа А с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента (рис. II.7). Максимальные крутящие моменты, создавшие приводами, 6 и 10*кгс-м. Предусмотрено восемь модификаций электроприюдов (табл. 11.108). Технические характеристики и масса электроприводов приведены в табл. 11.109. Частота вращения вала электродвигателя 1500 об мин Передаточное число от маховика ручного дублера к приводному валу i = 3. Электроприводы имеют встроенную коробку путевых и моментных выключатели. Габаритные размеры электроприводов приведены на рис. П.7.

Электроприводы нормального исполнения с присоединением типа Б с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента (рис. II.8). Максимальный крутящий момент на приводном валу 25 кгс-м (интервал регулирования от 10 до 25 кгс-м). Предусмотрено двенадцать модификаций электроприводов (табл. 11.110). Технические характеристики электроприводов приведены в табл. 11.111. Частота вращения вала электродвигателя 1500 об мин. Габаритные размеры электроприводов приведены на рис. II.8. Масса электропривода 35,5 кг.

11.111. Краткие технические характеристики электроприводов

Электроприводы нормального исполнения с присоединением типа В с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента (рис. II.9). Наибольший крутящий момент на валу 100 кгс м (интервал регулирования от 25 до 100 кпм). Предусмотрено двенадцать модификаций электроприводов (табл. 11.112). Технически характеристики и масса электроприводов приведены в табл. II. 113. Частота вощения вала электродвигателя 1500 об мин. Габаритные размеры электропроводов приведены на рис. II.9.

Электроприводы нормального исполнения с присоединением типа Г с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента (рис. 11.10). Наибольший крутящий момент на валу 250 кгс-м (интервал регулирования от 100 до 250 кгс). Предусмотрено двенадцать модификаций электроприводов (табл. 11.114). Технически характеристики и масса электроприводов приведены в табл. 11.115. Частота вращения вала электродвигателя 1500 об мин. Габаритные размеры электроприводов приведены на рис. НЛО.

11.112. Условные обозначения электроприводов

11.113. Краткие технические характеристики и масса электроприводов

11.114. Условные обозначения электроприводов

11.115. Краткие технические характеристики и масса электроприводов

Электроприводы нормального исполнения с присоединением типа Д с двусторонней муфтой ограничения крутящего момента (рис. 11.11). Наибольший крутящий момент на приводном валу 850 кгс-м (интервал регулирования от 250 до 850 кгс-м). Частота вращения приводного вала 10 об мин. Предусмотрено шесть модификаций электроприводов (табл. 11.116). Передаточное число от маховика к приводному валу i = 56. Допустимое усилие на ободе маховика ручного дублера 90 кгс. На электроприводах устанавливается электродвигатель марки АОС2-42-4 мощностью 7,5 кВт с частотой вращения вала 1500 об мин. Масса электропривода 332 кг. Габаритные размеры электроприводов приведены на рис. 11.11.

Рис. 11.12. Электрическая схема управления электроприводами унифицированного ряда:

Д - асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором; КВО, КВЗ - путевые микропереключатели МП 1101 открытия и закрытия; КВ1, КВ2 - дополнительные путевые микропереключатели МП 1101; ВМО, ВМЗ - моментные микропереключатели МП 1101 открытия и закрытия; О, 3 - магнитные пускатели открытия и закрытия; ЛО, ЛЗ, ЛМ - сигнальные лампы «Открыто», «Закрыто» и «Муфта»; КО, КЗ, КС - кнопки управления «Открыто», «Закрыто» и «Стоп»; 7 - потенциометр ППЗ-20, 20 кОм; Пр - предохранитель; А - автомат; 1 - 4 - контакты микропереключателей

Предусмотрены также электроприводы во взрывозащищенном исполнении:

11.116. Условные обозначения электроприводов

Электрическая схема управления электроприводами (единая для всех) приведена на рис. П. 12. В положении «Открыто» включена сигнальная лампа ЛО, в положении «Закрыто» включены лампы ЛЗ и ЛМ, в положении «Аварийный режим» включена лампа ЛМ. Работа микропереключателей понятна из табл. 11.117.

11.117. Работа микропереключателей (рис. 11.12)

Основные способы -- фланцевое, муфтовое, цапфовое, сварное (неразъемное). Чаще применяется фланцевая арматура, преимущества которой очевидны: возможность многократного монтажа и демонтажа на трубопроводе, надежность герметизации стыков и возможность их подтяжки, большая прочность и пригодность для широкого диапазона давлений и проходов. К недостаткам относятся возможность ослабления затяжки и потеря герметичности, сравнительная трудоемкость сборки и разборки, большие размеры и масса.

Для малой литой арматуры с условными проходами до 50 мм (особенно чугунной) часто применяются муфтовые соединения, основная сфера применения которых -- арматура низких и средних давлений. Для малой арматуры высоких давлений, изготовленной из поковок или проката, применяется цапфовое соединение с наружной резьбой под накидную гайку.

Типы запорной арматуры

Сварные соединения обеспечивают абсолютную долговременную герметичность соединения, снижение общей массы арматуры и трубопровода. Недостаток сварных соединений -- сложность демонтажа и замены арматуры. Распространенные типы запорной арматуры.

В зависимости от характера перемещения запорных элементов запорная арматура делится на следующие типы:

Задвижки;

Клапаны;

Затворы поворотные.

Задвижки -- запорные устройства, перекрывающие проход перемещением затвора в направлении, перпендикулярном к движению потока транспортируемой среды.

В сравнении с другими видами запорной арматуры задвижки обладают следующими преимуществами:

Незначительным гидравлическим сопротивлением при полностью открытом проходе;

Отсутствием поворотов потоков;

Возможность применения для перекрытия;

Потоков среды большой вязкости;

Простотой обслуживания;

Возможностью подачи среды в любом направлении.

К недостаткам, общим для всех конструкций задвижек, относятся:

Невозможность использования для сред с кристаллическими включениями;

Небольшой допускаемый перепад давления на затворе (в сравнении с вентилями);

Невысокая скорость срабатывания затвора;

Возможность получения гидравлического удара в конце хода;

Большая высота;

Трудности ремонта изношенных уплотнительных поверхностей при эксплуатации;

Невозможность применения постоянной смазки уплотняющих поверхностей седла и затворов.

При закрывании задвижек запорный элемент не встречает заметного противодействия среды, так как движется перпендикулярно потоку, то есть необходимо преодолеть только трение. Площадь уплотнительных поверхностей задвижек невелика, и благодаря этому задвижки обеспечивают надежную герметичность.

Разнообразные конструкции задвижек можно в общем случае разделить на два типа: клиновые и параллельные. В свою очередь клиновые задвижки подразделяются на задвижки с цельным, упругим и составным клинами, а параллельные -- на однодисковые (шиберные) и двухдисковые. В задвижках, предназначенных для работы при высоких перепадах давления на затворе, для уменьшения усилий открывания/закрывания полная площадь прохода выполняется меньшей, чем площадь сечения входных патрубков (суженый проход).

В зависимости от конструкции систем "винт-ходовая гайка" различаютcя задвижки с выдвижным и с невыдвижным шпинделем. Последние должны иметь указатели степени открытия.

Затвор клиновых задвижек имеет вид плоского клина, а седла или уплотнительные поверхности, параллельные уплотнительным поверхностям затвора, расположены под углом к направлению перемещения затвора. Такая конструкция обеспечивает герметичность прохода в закрытом положении и незначительность усилия уплотнения.

В параллельных задвижках уплотнительные поверхности параллельны друг другу и расположены перпендикулярно к направлению потока рабочей среды. Преимуществами задвижек этой конструкции являются простота изготовления затвора (диска или шибера), простота сборки и ремонта и отсутствие заеданий затвора в закрытом положении. Но параллельные задвижки требуют значительных усилий закрывания/открывание и характеризуются сильным износом уплотнительных поверхностей. Большинство задвижек можно устанавливать на горизонтальных и вертикальных газопроводах в любом положении, кроме положения шпинделем вниз. Положение задвижек с пневматическим и электрическим приводом регламентируется особо. Краны -- запорные устройства, в которых подвижная деталь затвора (пробка) имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потока и при перекрытии потока вращается вокруг своей оси.

В зависимости от формы уплотнительных поверхностей затвора краны подразделяются на три типа: конические, цилиндрические (для газового оборудования не применяются) и шаровые (со сферическим затвором). Кроме того, конструкция кранов может варьироваться по другим параметрам, например, по способу создания давления на уплотнительных поверхностях, по форме проходного окна, по числу проходов, по типу управления и привода, по конструкционным материалам и т.д.

Конусность пробки (корпуса) конических кранов задается в зависимости от антифрикционных свойств применяемых материалов и равна 1:6 или 1:7. По способу создания удельного давления между корпусом и пробкой для обеспечения требуемой герметичности в затворе краны с коническим затвором подразделяются на следующие типы: натяжные, сальниковые со смазкой и с прижимом пробки.

В группу натяжных кранов входят широко распространенные муфтовые краны с резьбовой затяжкой, простые по конструкции и удобные в регулировке усилия затяжки. Сальниковые краны характерны тем, что необходимые для герметичности удельные давления на конических уплотнительных поверхностях корпуса и пробки создаются при затяжке сальника. Усилие затяжки передается на пробку, прижимая ее к седлу. Сальниковые краны со смазкой применяются для снижения усилий управления при средних и больших диаметрах условного прохода, удельных давлений на уплотнительных поверхностях и предотвращения задирания контактирующих поверхностей.

Широкое распространение получили шаровые краны, обладающие всеми преимуществами конических (простотой конструкции, прямоточностью и низким гидравлическим сопротивлением, постоянством взаимного контакта уплотнительных поверхностей), в то же время выгодно отличающимися:

Меньшими габаритами;

Повышенной прочностью и жесткостью;

Повышенным уровнем герметичности, обусловленным конструкцией (поверхность контакта уплотнительных поверхностей корпуса и пробки полностью окружает проход и герметизирует затвор крана);

Меньшей трудоемкостью изготовления (отсутствие трудоемкой механической обработки и притирки уплотнительных поверхностей корпуса и пробки).

Шаровые краны, несмотря на разнообразие конструкций, можно разделить на два основных типа: краны с плавающей пробкой и краны с плавающими кольцами.

Клапаны -- запорная трубопроводная арматура с поступательным перемещением затвора в направлении, совпадающем с направлением потока транспортируемой среды. Перемещение затвора осуществляется ввинчиванием шпинделя в ходовую гайку. В основном клапаны предназначены для перекрывания потоков, но часто на их основе создаются дросселирующие устройства с любыми расходными характеристиками.

По сравнению с другими видами запорной арматуры клапаны обладают следующими преимуществами:

Возможностью работы при высоких перепадах давлений на золотнике и при больших рабочих давлениях;

Простотой конструкции, обслуживания и ремонта;

Малым ходом золотника (по сравнению с задвижками), необходимым для перекрытия прохода (обычно не более 1/4Dу);

Небольшими габаритными размерами и массой;

Герметичностью перекрытия прохода;

Возможностью использования в качестве регулирующего органа и установки на трубопроводе в любом положении (вертикальном/горизонтальном);

Безопасностью относительно возникновения гидравлического удара.

Для перекрытия потока в трубопроводах с малым условным проходом и высокими перепадами давлений клапаны -- единственный приемлемый вид запорной арматуры. Преимущество клапанов перед задвижками еще и в том, что в них уплотнение золотника легко может быть выполнено из резины или пластмассы, при этом усилие герметизации значительно снижается, а коррозионная стойкость уплотнения -- повышается.

К общим недостаткам клапанов относятся:

Высокое гидравлическое сопротивление;

Невозможность их применения на потоках сильнозагрязненных сред;

Большая строительная длина (по сравнению с задвижками и дисковыми затворами);

Подача среды только в одном направлении, заданном конструкцией вентиля;

Сравнительно высокая стоимость.

Однако для управления потоками с высокими рабочими давлениями, а также низкими или высокими температурами рабочей среды клапанам нет альтернатив.

Классификация многочисленных конструкций клапанов может быть проведена по нескольким признакам:

По конструкции -- проходные, угловые, прямоточные и смесительные вентили;

По назначению -- запорные, запорно-регулирующие и специальные;

По конструкции дроссельных устройств -- с профилированными золотниками и игольчатые;

По конструкции затворов -- тарельчатые и диафрагмовые;

По способу уплотнения шпинделя -- сальниковые и сильфонные.

Присоединения арматуры к трубопроводу (рис. 13.2) бывают разъемными (фланцевое, муфтовое, цапковое) и неразъемными (сварное и паяное). Наиболее распространено фланцевое присоединение. Преимущества фланцевого присоединения арматуры - возможность многократного монтажа и демонтажа на трубопроводе, хорошая герметизация стыков и удобство их подтяжки, большая прочность и применимость для очень широкого диапазона давле­нии и проходов. Недостатки фланцевого соединения - возможность ослаб­ления затяжки и потери герметичности со временем (особенно в условиях вибрации), повышенная трудоемкость сборки и разборки, большие габарит­ные размеры и масса. Эти недостатки фланцев особенно сказываются на трубопроводах больших диаметров, рассчитанных на средние и высокие давления.

При сборке такого соединения затягивают специальным инструментом десятки шпилек большого диаметра. Для затяжки таких фланцевых соединений часто требуется бригада слесарей. С увеличением условного давления и проходного сечения фланцев увеличивается масса как самой арматуры, так и всего трубопровода (с учетом ответных фланцев) и повышается расход ме­тала. В связи с указанными недостатками фланцевых соединений, а также увеличением диаметров трубопроводов и их рабочих давлений, все большее распространение получает арматура с патрубками под приварку. Такой арматурой в частности, оснащают магистральные газо- и нефтепроводы.

Преимущества присоединения арматуры к трубопроводу сваркой велики, что, прежде всего полная и надежная герметичность соединения, что особенно важно для трубопроводов, транспортирующих взрывоопасные, токсичные и радиоактивные вещества. Кроме того, сварное соединение не требует никакого ухода и подтяжки, что очень важно для магистральных трубопроводов, где желателен минимум обслуживания. Сварное соединение дает большую эконо­мию металла и снижает массу арматуры и трубопровода. Особенно эффек­тивно применение арматуры с концами под приварку на таких трубопрово­дах, где сам трубопровод монтируется целиком при помощи сварки.

Недостатком сварных соединений является повышенная сложность демон­тажа и замены арматуры, так как для этого ее приходится вырезать из трубопровода.

Для мелкой арматуры, особенно чугунной, наиболее часто применяют муф­товое присоединение. При этом концы арматуры имеют вид муфт с внутрен­ней резьбой. Поскольку для мелкой арматуры фланцы имеют относительно большую массу (часто одного порядка с массой арматуры без фланцев), то применение фланцев в таких условиях ведет к неоправданному увеличению расхода металла. Кроме того, затяжка болтов у фланцевых соединений не­большого диаметра более трудоемка, чем затяжка муфтового соединения, и требует применения специальных тарированных ключей.

Рис. 13.2. Основные типы присоединения арматуры к трубопро­воду:

а - фланцевое (фланцы литые с соединительным выступом и плоской прокладкой); б - фланцевое (фланцы стальные привар­ные встык с уплотнением типа выступ - впадина с плоской про­кладкой); в - фланцевое (фланцы литые с уплотнением типа шип - паз с плоской прокладкой); г - фланцевое (фланцы стальные плоские приварные с плоской прокладкой); д - флан­цевое (фланцы стальные литые с линзовой прокладкой); е - фланцевое (фланцы стальные литые с прокладкой овального сечения); ж - муфтовое; з – цапковое.

Муфтовое соединение используют обычно в литой арматуре, ибо литьем проще всего получить наружную конфигурацию муфты (шестигранник под ключ). В связи с этим основная область применения муфтовых соедине­ний - арматура низких и средних давлений. Для мелкой арматуры высо­ких давлений, которую обычно изготовляют из поковок или проката, чаще всего применяют цапковое соединение с наружной резьбой под накидную гайку.

Фланцевые соединения трубопроводов и арматуры, рассчитанные на услов­ное давление 1-200 кгс/см 2 , стандартизованы. При этом стандартизуют типы фланцев (ГОСТ 1233-67), их присоединительные размеры (ГОСТ 1234-67), конструкции, исполнительные размеры и технические требования. В особых, технически обоснованных случаях (при ударной или повышенной нагрузке, кратковременности срока службы, специфических свойствах сре­ды - токсичности, взрывоопасности, химической агрессивности и др.) стан­дартом разрешается изготовление фланцев по отраслевым нормалям или чер­тежам, отступающим от ГОСТ, но с обязательным выполнением присоеди­нительных размеров по ГОСТ 1234-67.

Фланцы, как правило, выполняют круглыми. Исключение составляют только чугунные фланцы, стягиваемые четырьмя болтами, рассчитываемые на давление р у не выше 40 кгс/см 2 . Их допускается выполнять квадратными.

Стандартные фланцы арматуры разделяют на несколько типов по кон­струкции прокладочного соединения. Простейший из них - с гладкой лице­вой поверхностью (с соединительным выступом или без него), незащищенно­го типа, без выточки под прокладку. Эти фланцы наиболее просты для мон­тажа и демонтажа арматуры и для замены прокладок, однако герметичность создаваемого ими соединения наименее надежна.

Фланцы, рассчитанные на высокие давления (от 40 до 200 кгс/см 2) при­меняют с зубчатыми стальными прокладками, на низкие - с мягкими или имеющими мягкую сердцевину прокладками. Для защиты мягких прокладок от выбивания давлением рабочей среды в арматуре применяют фланцы с впа­диной под прокладку. Ответные фланцы при этом выполняют с выступом, так что снаружи прокладки фланцы образуют защищающий ее замок. Такие фланцы применяют с мягкими прокладками или металлическими, имеющими мягкую сердцевину. Третий тип фланцев арматуры, рассчитанный на такие же прокладки, что и предыдущий, - фланцы с пазом под прокладку. Ответ­ные фланцы имеют шип. Таким образом, прокладка защищена замком флан­цев как снаружи, так и изнутри, что повышает надежность соединения. Однако монтаж, демонтаж арматуры и замена прокладок здесь несколько затруднены по сравнению с фланцами первого типа.

Для высоких давлений, начиная с р у = 64 кгс/см 2 , во фланцах применяют уплотнения еще двух стандартных типов - под линзовую прокладку и под прокладку овального сечения. Эти уплотнения более экономичны и надежны при высоких давлениях, чем обычные плоские прокладки. В таких фланцевых соединениях прокладки касаются уплотнительных поверхностей фланцев тео­ретически по линии, а практически по весьма узкому кольцу. Это позволяет при равных габаритных размерах фланцев и усилиях затяжки создавать большие удельные давления на уплотнении. Таким образом, становит­ся возможным применение массивных стальных прокладок высокой прочно­сти и долговечности в место обычных мягких.