Условия эксплуатации запорной арматуры предъявляют жесткие требования к подбору материала для изготовления. При разработке конструкции задвижки, какой металл применять для отдельных деталей и узлов – ключевой вопрос, влияющий на срок службы готового изделия.
Стандартизация технологического процесса
Производство технических средств регламентируют нормы, установленные стандартами регионального и международного значения. Разработаны условия, обязательные для исполнения при организации сырьевой базы, производственной технологии, выпуску готовой продукции, с проведением испытаний и нанесением маркировки.
Содержание технических и технологических нормативов учитывает условия эксплуатации оборудования, определяющие подбор материала для изготовления корпусов, штоков, рабочих органов и других деталей. От этого зависят показатели срока службы, себестоимости продукции, эксплуатационные характеристики, назначение запорных элементов.
Основные требования к коммуникационному оборудованию регламентированы ГОСТ со следующими номерами:
- 9544-2005 – о запорной арматуре;
- 54432-2011 – о фланцевых соединениях элементов и трубопроводов;
- 9698-86 – об основных параметрах задвижек;
- 5762-2002 – о рабочих средах и использовании запорного оборудования.
Предусмотрены различные нормативы по каждому этапу производства и применения трубопроводной арматуры.
Общие принципы эксплуатации задвижек
Задвижкой называют самостоятельный корпусный элемент, устанавливаемый на трубопроводе для регулирования или перекрытия потока рабочей среды. Эти устройства применяют на магистралях промышленного и коммунального назначения, чтобы управлять движением жидкостей и газов, транспортируемых по сложным, разветвленным системам.
Принцип работы арматуры предполагает изменение оператором положения рабочего органа, перекрывающего трубопровод или уменьшающего проходное сечение трубы.
В зависимости от назначения, задвижки характеризуются такими отличиями:
- конструктивным устройством;
- типом приводного механизма;
- материалом основных деталей;
- габаритами;
- способом установки на трубопровод;
- составом рабочей среды и температурой, на которые рассчитан элемент;
- климатическим исполнением;
- классом герметичности;
- конструкцией затворного органа;
- конфигурацией уплотнительной поверхности;
- предельным давлением в сети.
Рис. 1. Различные виды задвижек
Конструктивно арматура состоит из следующих основных деталей:
- корпуса с крышкой, фиксируемой болтовыми соединениями;
- затворного механизма – применяют металлический клин, шибер или диск, дополненный уплотнительными элементами из упругого материала для герметичности в закрытом положении; рабочим органом управляют через шток, изготовленный из конструкционного стального сплава и приводящий в действие затвор;
- приводного механизма – предусмотрена ручная арматура, управление электрическим, пневматическим или гидравлическим устройством через редуктор.
Применение привода особенно целесообразно для оборудования с диаметром прохода от 350 мм и более. Такую арматуру сложно закрыть или открыть вручную, в связи с большими нагрузками на механизм. Поэтому используют приводное устройство, оснащенное редуктором.
С учетом конструкции шпиндельного узла, задвижки выпускают с выдвижным и невыдвижным шпинделем. В первом случае шток выходит за пределы корпуса, не контактируя с рабочей средой, что положительно влияет на коррозионную стойкость элемента и ремонтопригодность. Но в результате возрастает строительная высота изделия, ограничивая условия применения.
При невыдвижной конструкции шпинделя, ходовой узел размещен внутри корпуса. Такая конструкция обеспечивает минимальные габариты арматуры, но усложняет ремонт и делает невозможным контроль состояния сальникового элемента.
Предусмотрено использование следующих видов задвижек, в зависимости от типа затворного органа:
- клиновых – наиболее распространенный тип затворного органа, с изготовлением моделей различных размеров, конфигурации, эксплуатационных характеристик; форма клина в затворе надежно герметизирует элемент в закрытом положении;
- параллельных – с одинаковой толщиной запорной детали;
- шиберных – с ножевым рабочим органом в виде заслонки; применяют в коммунальных трубопроводах, на коммуникациях для транспортирования нефтепродуктов;
- шаровых – чаще используют в кранах, чем в задвижках; шаровидный затворный орган перекрывает магистраль при повороте вокруг оси;
- шланговых – подачу рабочей среды закрывают пережатием эластичного элемента.
Запорную арматуру подбирают, с учетом условий эксплуатации, характера транспортируемого материала, предусмотренных нагрузок.
Организация производства
Производство задвижек предполагает организацию многопозиционной промышленной линии, с участием профильного персонала на каждом этапе технологического процесса:
- сталеваров, литейщиков – на предприятиях металлургического комплекса, выплавляющих материал для готовой продукции;
- инженеров-конструкторов, проектировщиков, аналитиков – разрабатывают устройство арматуры и отдельных ее элементов;
- вальцовщиков, токарей, фрезеровщиков – управляют станками при обработке заготовок при изготовлении деталей;
- слесарей-сборщиков – собирают готовое устройство из отдельных деталей.
Производство состоит из следующих этапов:
1) выплавка чугуна, стали, цветных сплавов, применяемых для изготовления отдельных элементов арматуры;
2) разработка конструктивного устройства оборудования;
3) изготовление отдельных деталей и узлов, сборка готовой продукции, маркировка и испытания арматуры.
Перечисленным процессам предшествует добыча полезных ископаемых, для организации сырьевой базы.
Рис. 2. Технологический цех по производству задвижек
Автоматизация производства, применение высокоточного оборудования снижает затраты, обеспечивает соблюдение установленных стандартов и нормативов.
Подбор запорного оборудования
Отраслевые стандарты жестко регламентируют правила использования запорной арматуры, оставляя небольшую свободу действий при определении необходимого устройства для установки на трубопроводе.
Оборудование подбирают с учетом следующих критериев:
- эксплуатационных характеристик – основное условие; параметры устройства указаны в технической документации от производителя (паспорте, руководстве по эксплуатации) и определена проектом на промышленный объект; иногда предусмотрена возможность замены задвижки на модель другой конструкции;
- цены – определяет экономические показатели использования трубопроводной сети;
- материала – от этого зависят эксплуатационные характеристики оборудования;
- размеров – они должны соответствовать условиям установки.
При подборе арматуры важно комплексно учитывать перечисленные факторы.
Материал корпуса запорной арматуры
Определяя, из какой стали делают задвижки, учитывают материал, применяемый при изготовлении корпуса. С учетом этой особенности, различают стальную и чугунную запорную арматуру. Реже применяют оборудование из цветных сплавов.
Изготовление возможно следующими способами:
- литьем – наиболее распространенная технология, с получением цельного изделия из однородного материала, с возможностью изготовления деталей сложной конфигурации;
- штамповкой или ковкой – для разборных элементов, состоящих из двух половин;
- сваркой – таким способом изготавливают устройства при выпуске ограниченных партий; требует высокой квалификации сварщика, строгого соблюдения технологии и температурного режима;
- комбинированным – при сочетании нескольких методик, для изготовления нестандартных деталей.
Рис. 3. Корпуса задвижек, изготовленные литьем
Технология зависит от качеств используемого материала, характера нагрузок и условий эксплуатации. Корпус может быть цельным или составным – из двух частей, фиксируемых болтовыми соединениями. Цельная конструкция предполагает съемную крышку на болтах.
Корпуса штампованных моделей иногда собирают электросваркой.
Повышенное внимание уделяют состоянию рабочей камеры. От качества изготовления этого элемента зависят эксплуатационные характеристики задвижки. Возможно использование обрезиненного затворного элемента, для надежной герметизации устройства.
В шиберных моделях устанавливают металлические сильфонные уплотнители. Для обработки внутренней поверхности применяют эпоксидные и композитные составы. Дополнительные материалы также наносят гальваническим методом, вакуумным напылением и другими способами, чтобы продлить срок службы детали.
Стальные задвижки
Сталью называют сплав, объединяющий железо и углерод, при содержании последнего из указанных элементов менее 2,14 процента. Это наиболее распространенный материал для изготовления промышленного оборудования, в том числе запорной арматуры.
Применяют различные марки стальных сплавов, отличающиеся содержанием углерода. В легированных сталях, в состав вводят дополнительные химические элементы, улучшающие эксплуатационные свойства.
От марки стального сплава зависит твердость, хрупкость, пластичность и другие характеристики материала. Необходимая информация о стали корпуса указана на маркировке запорного элемента.
Примеры наиболее распространенных моделей стальной арматуры:
- 30с564нж – снабжена механическим редуктором, управляемым вручную;
- 30с941нж– с электроприводом;
- 30с41нж – предусматривает ручной привод.
Детальнее особенности конструкции стальной запорной арматуры рассмотрены на примере задвижки 30с41нж.
Эта деталь предполагает фланцевую установку в магистраль, рассчитана на воздействие разноплановых нагрузок – динамических, статических, в осевом, продольном и поперечном направлениях.
