Из какого металла делают задвижки

Производство всех технических деталей строго контролируется региональными и международными стандартами. Требования выдвигаются к сырьевой базе, производственным технологиям, готовой продукции, включая испытания (для определения эксплуатационных показателей) и маркировку. Элементы поступают в продажу с паспортом установленной формы. В документе должны быть указаны технические данные, марка материала корпуса и внутренней оснастки. От того какой металл задвижки использовался, будет зависеть назначение и рабочие характеристики продукции. А также стоимость, строк эксплуатации и другие не менее значимые параметры.

Рис.1 Виды задвижек

Основные определение, назначение и принцип работы

Задвижка – это корпусная деталь, самостоятельный тип запорной арматуры. Конструкции перекрывают движение внутренней рабочей среды на промышленных магистралях, коммунальных и технических трубопроводах. Устройства позволяют контролировать функционал сложных разветвленных систем.

Принцип действия детали прост. Оператор переводит запирающий элемент в крайнее положение, что блокирует движение жидкостей и газов. К конструкции выдвигаются повышенные требования.

Все виды стандартизированы по:

•          ГОСТ 9544-2005 – арматура запорная;
•          ГОСТ 54432-2011 – фланцы арматуры, соединительных частей трубопроводов;
•          ГОСТ 9698-86 – основные параметры;
•          ГОСТ 5762-2002 – среды и применимость.

В производстве задействуется многопозиционная промышленная линия и профильный персонал.

Рис.2 Производственная линия

Основные направления:

1.       Металлургическое оборудование, обслуживающееся сталеварами и литейщиками.

2.       Обрабатывающие станки, управляющиеся штамповщиками, вальцовщиками, токарями и инженерами-конструкторами.

3.       IT-оборудование, использующееся проектировщиками, технологами, аналитиками и сотрудниками научных лабораторий.  

Детали, изготовленные в заводских условиях, – это элементы, полностью адаптированные под эксплуатационные условия (интенсивные режимы, высокие нагрузки, внешние факторы) и оптимизированные по каждому компоненту материальной базы. Товарная продукция предельно строго прорабатывается до миллиметровой точности (по типоразмерам, конфигурации), что предотвращает риски аварий, травмоопасные ситуации, остановку производства.

Прежде чем разбираться в технологических аспектах, лучше начать с изучения конструкции и ее составных деталей.

Строение, составные части

Задвижка состоит из нескольких рабочих узлов. Каждый, из составных деталей. К узлам относятся – сальниковый; приводной ходовой механизм с парой типа гайка-шпиндель; затвор с патрубками.

К запчастям причисляют:

•          клин;
•          шпиндель;
•          маховик;
•          штифт;
•          элементы фиксации (болтовое соединение);
•          уплотнительная шайба;
•          сальниковая набивка.

Рис.3 Устройство задвижки в разрезе (закрытое положение)

Конструктивные решения и составные части моделей, практически идентичны. Исполнение механических изделий совпадает с электро-, гидро- и пневмоприводными. Однако существуют отличия.

Так, рабочий орган клиновой задвижки – затвор. Состоит устройство из 3-х сегментов. Это подвижный и невыдвижной шпиндель, уплотнители данных элементов. Изоляционные детали существенно увеличивают класс герметичности конструкций.

Для установки колец и уплотнителей предусмотрено технологическое углубление (конструкционная выемка) – седло.

Бугельным узлом (бугелем) оснащаются устройства с выдвижным шпинделем. Он необходим для свободного хода клина затвора при переключении задвижки в открытое положение. Элемент открывает свободную циркуляцию рабочей среды.

Изоляционные детали эксплуатируются при повышенных нагрузках (давление, истирание и др.). Поэтому изготавливают их из коррозионно-стойких «редких» сплавов, с содержанием в увеличенной концентрации хрома и никеля (хромирование, никелирование). Защитное «напыление» наносится по кромкам этих элемента технологией наплавки или лазерным методом (усовершенствованный вариант).

Составные части также могут изготавливаться из неметаллических материалов. Выбор обусловлен характером нагрузок и условиями.

Так, из какой стали делают задвижки и в чем преимущественные особенности чугуна? 

Рис.4 Виды сплавов

Производственная специфика и методики обработки металлов

От того, какой металл задвижки, зависит технология производства. Основных методики две – литье и штамповка. Сырьевая база – чугун и сталь. Передовые заводы-производители внедряют инновационную комбинированную технологию – схема листовой штамповки с внедрением  эластичных сред. Процесс базируется на воздействия плавкого жидкого композита на заготовку, помещенную в форму (макет, заданной конфигурации), которую приобретает блюм под давлением.

Обзор корпусов задвижек

Сталь – это сплав, состоящий из железа и углерода в определенном соотношении (доли, %). Пропорции отвечают за его эксплуатационные показатели – колкость, эластичность, плавкость и т. д. Характеристики указываются в маркировке стальной задвижки.

Распространенные модели:

•          30с564нж (имеется механический редуктор);
•          30с941нж (выпускается под электропривод);
•          30с41нж (модель с ручным приводом) и другие.

Серия 30с41нж – это клиновая конструкция с фланцевым типом соединения. Они выдерживают высокие разноплановые нагрузки (динамичные, статистические, осевые, продольные, поперечные). Эта марка послужит примером.

Состоит из следующих материалов:

1.       Корпус и наружные части, включая крепления сальниковой крышки (болтовое откидного типа), клин или диск (по типу заслонки) – из литьевой стали. Сплавы отвечают требуемой прочности и плотности.

2.       Для ходовой гайки используют чугун, многокомпонентную латунь, бронзу (железно-марганцевую алюминиевую) БрАЖМц, содержащую медь и легирующие добавки. Пропорции и компоненты делает сплав устойчивым к агрессивным средам.

3.       Шпиндель выпускается из стали двух типов. Углеродистая или жаропрочная нержавеющая марки 20Х13.

4.       Уплотнитель клина производят из сплава легированной хромистой стали 2Cr13 с низким содержанием углерода, Св-10Х17Т, Св-13Х25Т проволочного типа. Для кольца это также 2Cr13 или Св-08Х21Н10Г6, Св-07Х25Н13 (нержавейка). Повышенная концентрация марганца и кремния в этих сплавах обеспечивает стабильность и прочность материала.

Кроме стали, корпуса трубопроводной арматуры могут изготавливаться из алюминиевых сплавов. Эти материалы применяют для низких температурных режимов (холодные регионы), химически активных едких сред (промышленные магистрали).

30ч6бр и 30ч39р – это маркировка арматуры из чугуна. 

Рис.5 Модификации чугунных задвижек

30ч6бр – это параллельная двухдисковая конструкция, оснащенная выдвижным шпинделем . Тип соединения – фланцевый. Фиксация выполняется с помощью маховика. 30ч39р, оснащена обрезиненным клином с невыдвижным шпинделем.

Внешняя конструкция 30ч39р отливается из сплава категории GGG40-50 (ВЧШГ – высокопрочный с шаровидным графитом). Марка отличается химическим составом, пропорции которого, увеличивают прочность материала. Показатель составляет, в среднем, 140-190 (GGG50) и 170-220 (GGG40) единиц по шкале Бринелля.

Чугун в основном используют для жилищно-коммунального хозяйства – централизованных систем отопления, холодного и горячего водоснабжения.

Подтвержденный факт! Сталь считается универсальным металлом в производстве корпусных деталей. Конструкции из этого материала, применяются, как в сетях ЖКХ, так и предприятиях нефтегазовой и химической промышленности.

Материалы всех составных элементов

Шиберная задвижка имеет идентичное конструктивное строение, независимо от конфигурации. Клин исполнен в виде бесшовного стального листа (возможно, заточен). Отличаются устройства сырьевой базой. Выбор материалов зависит от производителя и требований ГОСТ.

Использоваться может сталь марок:

•          25Л;
•          20ГЛ;
•          20Х5МЛ;
•          12Х18Н9ТЛ и другие.

Эту категорию запорной арматуры, обычно используют на подводно-отводных линиях и технологических магистралях перерабатывающей индустрии. Все зависит от того, из какой стали делают задвижки этой серии.

Заточенный клин (ножевой) шиберной задвижки применяется на трубопроводных артериях, транспортирующих вязкие составы, в массе которых, могут находиться механические вкрапления (цементные шламы и другие), препятствующие опусканию затвора.

Штурвал заслонки – наружный регулирующий элемент, имеющий округлую форму (с внутренними лучевыми упорными поперечинами), напоминающую одноименное рулевое колесо на судне. Отливается он из стали марки 25Л. Ход поворотный, по/против часовой стрелки. Положение горизонтальное.

Стандартом для гайки шпинделя считается латунный сплав марки ЛС59-1, включающего медь, цинк и свинец. Материал обладает антифрикционными свойствами – стойкость к истиранию и эксплуатационным деформациям (температура, давление).

Шпиндель (шток) стальных задвижек производится из сплава марки 20Х13. Дополнительные свойства категории – коррозионная стойкость, жаропрочность. Позиционируется, как мартенситный класс.

В химический состав марки 20Х13 входят 12-14% хрома (Cr). Твердый металл придает готовому изделию прочности. Его часто используют для производства деталей и узлов тяжелой техники, специализированных машин, соединительных и крепежных элементов эксплуатирующихся в условиях повышенных температур, свыше +5000 °C.

Материалы изоляционных элементов

Детали предназначены для герметизации внутренней трубопроводной среды, по отношению к окружающей. Уплотнительный элемент, на который возложен основной функционал, называется сальниковой камерой. Узел оснащен подвижным штоком, действующим в тандеме с затвором.

Рис.6 Устройство сальникового уплотнителя

К материальной базе уплотнителей выдвигаются ужесточенные требования по всем рабочим характеристикам. Для сальникового узла применяется дополнительная набивка (оплетка) намотанная по периметру. Материал – шнур ТРГ. Это армированная терморасширенная графитовая нить:

•          нержавеющая проволока;
•          лавсановое волокно с фторопластовой пропиткой;
•          стеклонить.

Использование различных материалов обусловлено сферой, предопределяет назначение устройства. К примеру, если герметизация сальника производилась нержавеющей проволокой, то задвижка подойдет для агрессивных сред. Бдет применена на предприятиях химической промышленности.

Шнур ТРГ может изготавливаться с использованием терморасширенного графита и пропитки специальным клеевым составом.

Второй тип обмотки (сальниковой набивки) АГИ – это герметизирующий и термоизолирующий асбестовый шнур. Производится уплотнитель согласно ГОСТ 5152-84. Материалы – асбестовая нить с клеевой пропиткой. АГИ определенных марок могут иметь черный оттенок, который указывает, что в составе присутствует графитизированная смесь.

Фланцевый уплотнитель располагается под крышкой, служит изоляцией корпуса. Применяется также для соединительных патрубков. Материалы – резина или прокладочный композит паронит. Для чугунных подходят оба варианта. А для стальных, исключительно паронит.

Вид плоского композиционного уплотнителя прокладочного типа для фланцевых узлов определяется по ГОСТ 33259-2015.

Особому вниманию со стороны производителя подвержены уплотнительные покрытия затвора. Производственные материалы подбираются отдельно для стальных и чугунных элементов. Это обусловлено условиями эксплуатации этих приборов.

Конструкции из чугуна, используют преимущественно в водяных системах, включая газообразное состояние среды, септики, канализации. Поэтому внедрение металлов в этом варианте, нецелесообразно.

Уплотнители изготавливают из каучука (этилен-пропиленового или фторсодержащего) или органических композитов (называются высокомолекулярные соединения) с малой долей кремния. В модели 30ч39р этими материалами покрывают все поверхности клина. Элементы невосприимчивы к негативному воздействию воды и коррозийному разрушению.

В модификациях из стали предусмотрены уплотнители из нержавейки марок 10Х17Т и 13Х25Т. Для наплавки защиты на клиновый диск подходят обе. Первая – коррозионно-стойкая, отличающаяся соотношением хрома и титана (%) в сырьевой массе.

Уплотнительные кольца – это монолитные несъемные части. Поэтому изготавливаются из более прочных металлов. 

Рис.7 Уплотнительные кольца типа ТРГ

К таким относятся:

1.       Марка 07Х25Н13. В составе хром и никель. Введение последнего, увеличивает сопротивление задвижки к коррозиям.

2.       Марка 08Х21Н10Г6. Содержит титан, марганец, никеля, хром. Сплав демонстрирует высокие показатели износостойкости в сравнении с предыдущей версией. В дополнение, марганец и титан существенно повышают прочность и плотность сплава.

3.       Марка 04Х19Н9С2 предназначена для конструкций, эксплуатирующихся в условиях экстремально высокого давления. В сплав входит хром в пределах 20%, никель не более 10%.

Класс наплавочных материалов выпускают в виде проволоки. Наносят их на поверхности по одноименной технологии.

Выбор устройства по методу изготовления

Ошибочным является мнение, что литье превосходит штамповку по эксплуатационным показателям. Оба метода обладают рядом собственных преимуществ, отличающих их друг от друга.

Выбор литьевой или штамповочной задвижки зависит от рабочих условий. Приобретать дорогое изделие из стали, изготовленное путем холодной штамповки, не рационально, если оно будет использовано для магистралей, транспортирующих воду, инертные газы, нефтепродукты.

Литье уступает методикам ковки и штамповки по характеристикам прочности товарной продукции. Причина – нарушение молекулярных связей (структура кристаллической решетки) при высокотемпературной обработке (плавлении) стали. Это делает сплав хрупким. Однако задвижки, фактически, не предназначены для ударных нагрузок. Поэтому показатель не учитывается и не влияет на функционал.

Производство стальных литьевых клиновых моделей базируется на климатическом исполнении по классу У1 по требованиям ГОСТ 15150-69. Эти устройства подходят для работы при внешних температурных режимах -400 °C – +400 °C.

Зачастую преобладает использование чугуна GGG40/50. Или стали 25/35Л.

Покупая задвижки, учитывайте, не только конфигурацию и модель, но и сырьевую базу. А также обязательно проверять сертификацию продукта. После установки производить пусконаладочные работы в целях устранения протечек и ошибок монтажа.

Рис. 8 Варианты установки задвижек

Приобретать специализированные детали рекомендовано у лицензированных магазинов, напрямую сотрудничающих с заводами-изготовителями. Это исключит риски и откроет перспективы экономии.