Как делают задвижки? Состав и основные детали задвижек.

Идею применения трубопровода впервые в 1863 году выдвинул Д. Менделеев. Через 15 лет в 1878 году российские инженеры А. Бари и В. Шухов построят первый в России нефтепровод. Именно с этих времен начинается история развития русского трубопровода и арматуры, являющейся его неотъемлемой частью.

Из общего числа запорной арматуры, применяющейся на сети трубопроводов, 85% составляют задвижки. Это устройство, служащее для перекрытия потока транспортирования. Для предприятия с его индивидуальным характером работы, необходима определенная модель арматуры. И чтобы ее выбрать, надо знать, из каких материалов изготавливаются составные части задвижек.

Задвижка – общий вид и комплектация

На рисунке ниже изображена клиновая задвижка.

Рис. 1

Чтобы перекрыть рабочую среду в трубе, задвижка оснащена клином (14), который перемещается в одно из крайних положений за счет вращения маховика (1). Для передачи и преобразования вращательного движения маховика в поступательное на клин, установлена резьбовая пара «гайка-шпиндель» (3,5).

Клин образован двумя дисками, на которые по кругу нанесен уплотнитель (15).

Шпинделем называется вал, имеющий правые или левые обороты вращения и имеющий резьбу. На шпинделе задвижки, представленной на рис.1, резьба накатана не по всей поверхности. Конструкция предполагает поступательное движение клина и, соответственно, шпинделя. Поэтому последний в технической документации может называться штоком.

За счет постоянного взаимодействия штока с сальниковой набивкой (6) и рабочей средой, нужно уметь правильно выбрать (для конкретной среды) материал этих деталей. Поэтому при заказе уточняется, из какой стали делают шток задвижки а также тип уплотнителя сальника.

Кроме сальника, уплотнитель (12) используется во фланцевом соединении корпуса (13) с крышкой (8). Для герметичной затяжки фланца применяют типовые шпильки (9) и гайки (7).

Для присоединения задвижки к трубе, используются патрубки, укомплектованные фланцами (16). А вот для фиксации грундбуксы применяют откидные болты (10), фиксированные штифтами (11).

Остальные компоненты задвижки:

•                     2 – стопорное кольцо приводной гайки;
•                     4 – упорные и опорные подшипники

Заводы трубопроводной арматуры выпускают модели задвижек для разных сред. Но и в одинаковых моделях при изготовлении одной детали могут использоваться разные материалы. Далее познакомимся:

•                     с ходовыми моделями задвижек;
•                     способами их изготовления;
•                     и используемыми при этом материалами.

 

Информация будет полезна для отдела закупок, снабжения и главных технологов предприятий.

Способы изготовления деталей

Запорную арматуру изготавливают для определенной рабочей среды. Разные модели задвижек предназначены для перекрытия потока:

•                     воды (горячей/холодной) и пара;
•                     сырья (нефть, минеральные/синтетические масла, нефтепродукты, природный газ);
•                     а также продуктов химических производств (аммиак, щелочи, кислоты).

 

От рабочей среды зависит то, какой материал будет использован в конкретной детали. От этого, соответственно, выпускают разные модели задвижек. Далее рассмотрим современные типы запорной арматуры, чаще всего встречающиеся на российских трубопроводах.

Модель 30с41нж

Корпус задвижки этой модели изготовлен из стали, о чем говорит маркировка «с» в ее обозначении.

Рис. 2

Основные характеристики.

1.                  Предназначена для установки в трубопровод, по которому обращается вода, пар, нефть и ее производные.

2.                  Температура рабочей среды – от -40⁰С до +450⁰С.

3.                  Диаметр прохода – от 50 мм до 400 мм (изготавливается в полнопроходном исполнении).

4.                  Давление рабочее – 16 атмосфер.

5.                  Степень герметичности затвора – «А» в соответствии с ГОСТом 9544.

6.                  Допустимая температура окружающей среды – от -40⁰С до +40⁰С.

7.                  Климатическое исполнение – «У1» в соответствии с ГОСТом 15150-69г.

Маркировка 30с41нж обозначает следующее:

•                     30 – тип арматуры «задвижка»;
•                     с – материал корпуса сталь;
•                     41 – регистрационный номер модели по таблице фигур;
•                     нж – уплотнительные поверхности клина нержавеющие.

Далее рассмотрим, из чего и как делают задвижки 30с41нж.

Корпусные детали

К корпусным деталям относятся маховик, крышка и корпус. Для работы с высокой температурой среды, корпус и крышку изготавливают из стали 25Л методом отливки по выплавляемым моделям.

Литье по выплавляемым моделям – часто применяемый заводами метод отливки деталей задвижек. При его использовании добиваются высокой точности, что позволяет идеально подгонять детали при сборке.

Сплав 25Л в составе имеет:

•                     0,22-0,3% углерода;
•                     0,2-0,5% кремния;
•                     0,3-0,9% марганца;
•                     0,3% хрома;
•                     0,3% никеля;
•                     0,3% меди;
•                     97% железа.

Наличие в сплаве кремния и марганца снижает вредное воздействие кислорода. Этот фактор положительно сказывается на коррозионной стойкости корпусных деталей в процессе эксплуатации.

Примеси меди, хрома и никеля придают корпусным деталям повышенные антикоррозионные свойства. Кроме того, наличие никеля увеличивает прочность и пластичность сплава.

Маховик 30с41нж также отливается из 25Л. А вот метод литья здесь применяется другой. Предварительно расплавленный металл отливают в форму.

Приводная часть

К приводной части задвижки относится гайка и шпиндель. Требования к этим составным частям предъявляются повышенные. Это обусловлено взаимодействием шпинделя (его гладкой части) с рабочей средой, а также его трением об гайку.

Гайку изготавливают из латунного прутка (круга) марки ЛС59-1. Этот сплав имеет в своем составе:

•                     до 42% цинка;
•                     57% меди;
•                     до 1,9% свинца.

Свинец увеличивает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость заготовки. Изготовление приводной гайки сводится к 3 этапам.

1.                  Резка заготовки по определенным размерам от прутка.

2.                  Сверление отверстия на станке.

3.                  Фрезеровка внутренней резьбы.

Шпиндель задвижки делают также из прутка, но использую другой сплав. Здесь применяется 20Х13. Этот металл относится к коррозионно-стойким, жаропрочным, класс – ферритно-мартенситный.

   

Рис. 3

В составе присутствует до 14% хрома. Детали, изготовленные из этого сплава, могут работать в нормальном режиме при температуре до +700⁰С без изменения физических свойств.

Технология изготовления шпинделя из стали 20Х13 аналогична процессу с гайкой. Исключением составляет резьба, которая накатывается по поверхности шпинделя. Сверловка отверстия, соответственно, здесь отсутствует.

Заводы поставляют задвижки, укомплектованные шпинделем с разной резьбой.

Какая резьба на штоке задвижки?

Тип резьбы на шпинделе задвижки зависит от типа привода (его технических характеристик).

Резьбы может быть:

•                     правая;
•                     левая.

Стандартом принята правая резьба. Таким типом штоков снабжают задвижки с ручным приводом (через маховик). При этом для закрытия прохода, работник должен крутить штурвал по часовой стрелке.

В некоторых моделях задвижек, укомплектованных механическим редуктором (30с564нж, 30с541нж) применяется левая резьба. Это обусловлено конструкцией механической передачи (червячная, коническая).

Рис. 4

Также левая резьба наносится на шток при изготовлении задвижек с переходной площадкой  под электропривод (30с941нж, 30с927нж). В этом случае такое требование обусловлено характером работы электропривода.

Сальниковый узел

Эта часть отвечает за герметизацию внутреннего рабочего пространства задвижки от окружающей среды. Сальник подвергается трению об гладкую часть шпинделя. Также на него воздействует давление внутри трубопровода, стремящееся вытолкнуть его наружу.

Рис. 5

На рисунке 5 цифрами 1,2,3 обозначены кольца сальниковой набивки. Они наматываются вокруг шпинделя (4) и прижимаются грундбуксой (5). Последняя служит для предотвращения выталкивания давлением сальниковой набивки.

В качестве набивки сальника используют:

•                     асбестовый шнур;
•                     паронит;
•                     шнур ТРГ.

Асбестовый шнур и паронит используют в разных исполнениях. Конкретный тип зависит от модели задвижки. В 30с41нж применяют асбест (паронит) общего назначения. По требованию заказчика, завод-изготовитель трубопроводной арматуры может поставить партию задвижек для конкретных условий эксплуатации с другой набивкой.

Асбестовый шнур может быть марок:

•                     АПР31 – армированный проволокой и пропитанный антифрикционной составляющей;
•                     АП31 – обыкновенный плетеный, пропитанный жиром;
•                     АПРПС – армированный латунной проволокой, пропитанный графитовым составом;
•                     АГИ – графитизированный, проклеенный.

Паронит также может дополнительно армироваться проволокой из нержавейки, пропитываться клеящими составами.

Кроме паронита и асбестового шнура в сальнике применяют шнур ТРГ. Расшифровывается этот материал так – набивка из терморасширенного  графита. Этот уплотнитель современного образца имеет отличные антифрикционные свойства.

Грундбуксу отливают из углеродистой стали 35Л или серого чугуна. Сплав 35Л предназначен для работы деталей под средними статическими и динамическими нагрузками.

Серый чугун для отливки грундбукс для стальных задвижек применяют реже.

Детали затвора

Клин задвижки крепится на шпиндель посредством «т-образного» соединения. Так как клин непосредственно взаимодействует с рабочей средой в режиме «24/7», требования к нему повышенные.

Для его отливки применяют сталь WCB (аналог 25Л и 35Л). Уплотнительные поверхности клина, выполняющие основную роль задвижки по обеспечению заданного класса герметичности, наплавляются посредством нескольких способом.

1.                  Дуговая сварка.

2.                  Плазменная сварка.

3.                  Лазерная сварка.

Рис. 6

Независимо от способа нанесения уплотнителя на клин, применяют наплавочную проволоку марок:

•                     2Cr13;
•                     13Х25Т;
•                     10Х17Т.

Сплав 2Cr13 – это коррозионно-стойкая, жаропрочная сталь, в составе которой есть до 13% хрома. Этот металл поставляется из Китая и является самым дешевым среди 3 приведенных выше марок.

В сплав 13Х25Т добавляют следующие примеси:

•                     хром – до 28%;
•                     никель – до 0,7%;
•                     титан – до 0,6%.

Для сравнения посмотрим химический состав 10Х17Т. Количество титана и никеля здесь такое же, как в 13Х25Т. А вот хрома сюда добавляют меньше – всего до 18%. Самым интересным (и долговечным) уплотнителем для клина задвижки является 13Х25Т. В этом сплаве больше всего хрома.

В затворный узел также входят уплотнительные кольца, запрессованные в корпус.

Запрессовка – процесс натяга (прессовки) детали меньшего (большего) диаметра в отверстие детали большего (меньшего) диаметра.

Так как кольца в корпус запрессовываются «навсегда» и поменять их в процессе эксплуатации не получится, требования к ним самые высокие. 

На кольца наплавляют:

•                     07Х25Н13;
•                     или 08Х21Н10Г6.

В химический состав сплава 07Х25Н13 входит до 1% кремния, до 2% марганца, до 14% никеля и до 26% хрома. 

Присутствие кремния и марганца придает этому металлу:

•                     прочность, при сохранении вязкости и упругости;
•                     кислотоустойчивость;
•                     твердость и износоустойчивость;
•                     сопротивление ударным нагрузкам.

Добавление никеля и хрома ставит этот сплав в класс коррозионно-стойких, жаропрочных.

В 08Х21Н10Г6 добавляют меньше хрома (до 22%) и никеля (до 11%), но больше марганца (до 7%). Последний за счет своего процентного содержания увеличивает наплавочные свойства сплава 08Х21Н10Г6. При наплавке (нагреве) не нарушается кристаллическая решетка, а отсюда вытекает долговечность эксплуатации таких затворов.

08Х21Н10Г6 и 07Х25Н13 – отличные уплотнители для колец корпуса. В первом выше наплавочные свойства, во втором же – большее содержание легирующих добавок (хрома и никеля).

Уплотнители фланца

Задвижку 30с41нж комплектуют присоединительными патрубками. На трубу она крепится при помощи типовых шпилек и гаек. Место присоединения на магистрали также должно укомплектовываться ответными фланцами.

Ответный фланец – аналогичный установленному на арматуре фланец, который устанавливают на трубу. Для того чтобы фланцы имели одинаковое расположение осей отверстий, их изготавливают в соответствии с ГОСТами.

При заказе партии задвижек, целесообразно сразу приобретать ответные фланцы на том же заводе.

Рис. 7

На рисунке 7 изображен пример фланцевого соединения двух труб. В качестве крепежа здесь использовали типовые болты вместо шпилек.  На верхнем рисунке отчетливо видна проточка по металлу «шип-паз». Такое исполнение увеличивает степень герметичности магистрали. Задвижка к трубе крепится аналогичным способом.

В качестве уплотнителя во фланцевом соединении используют паронит. Этот материал в своем составе имеет асбест, каучук и другие порошковые наполнители.

Для конкретного предприятия, с его технологией работы (рабочей среды), паронит армируется проволокой, пропитывается огнестойкими и кислотостойкими составами.

Сами фланцы отливают из стали 25Л. После их обработки на токарном (изготовление на плоской части проточек «шип-паз»), сверлильном (сверловка отверстий для шпилек) и фрезерном (снятие фасок) станках, фланцы прикрепляют к патрубку методом сварки плавления.

Модель 30ч6бр

Корпус и крышку задвижки этой модели изготавливают из серого чугуна СЧ20 методом литья. Также из этого сплава изготовлен маховик и диски клина.

Рис. 8

Чугун СЧ20 в химическом составе имеет 3,5% углерода, за счет чего отливки из сплава теряют в пластичности. Также высокий процент углерода затрудняет применение дуговой сварки (значительно нарушается кристаллическая решетка). Поэтому заготовки перед сваркой прогревают до температуры 600-650⁰С.

Остальные свойства сплава СЧ20 благоприятно предрасположены для выпуска из него составных частей 30ч6бр.

Маркировка «бр» в названии модели обозначает, что в качестве уплотнительных поверхностей (кольца корпуса) применяется латунь ЛС59-1. За счет этого, задвижка может использоваться в работе при относительно (для серого чугуна) высоких температурах вещества в магистрали.

Сальниковый узел комплектуется графитизированным уплотнителем, в качестве которого применяют кольца ТРГ.

Фланцы этой модели отлиты из того же СЧ20. Процесс сверловки отверстий, фрезеровки и проточки каналов «шип-паз» аналогичен работе со стальными фланцами.

Крепление на трубопровод производят по ответным фланцам типовыми болтами (шпильками) и гайками. Для уплотнения фланцев применяют листовой паронит марки ПОН-Б, характеристики соответствуют ГОСТу 481-80года.

Эксплуатационные характеристики

Задвижка 30ч6бр применяется для трубопроводов, по которым обращается вода и пар. За счет установки латунного уплотнителя в затворе, допускаемая температура рабочей среды составляет +225⁰С.

Остальные характеристики:

•                     диаметр прохода – от 50 мм до 400 мм;
•                     сечение прохода – полнопроходное;
•                     рабочее давление – 10 и 16 атмосфер (зависит от завода-изготовителя);
•                     климатическое исполнение – У2, УХЛ4;
•                     допустимая температура окружающей среды – от -15⁰С (для водной среды от +1⁰С) до +40⁰С;
•                     расположение дисков на клине – параллельное.

В этой модели чугунной задвижки затвор имеет металлические уплотнители (металл по металлу). За счет этого в процессе производства не удается добиться высокой степени герметичности. Заявленный класс герметичности задвижки 30ч6бр – «D» согласно ГОСТу 9544-2015года.

Модель 30ч39р

Корпусные детали этой модели изготавливаются из высокопрочного чугуна марки GGG50. В составе этого сплава присутствует шаровидный графит, что положительно сказывается на отливках. Повышается прочность составных деталей, точность отливок. Присутствие шаровидного графита способствует улучшению обрабатываемости корпуса и крышки на станках.

Рис. 9

На рисунке 9 видно, что корпус, крышка и маховик (также отливается из GGG50) покрыты слоем краски. Данное покрытие является эпоксидно-порошковым. Внутренние полости арматуры (патрубки, проходное отверстие, затвор) также покрыты эпоксидно-порошковой смесью. Благодаря ее применению увеличивается сопротивление коррозионному разрушению металла. Соответственно, срок службы 30ч39р возрастает.

Маркировка «р» в обозначении указывает на материал уплотнителя клина. 

Это резиновая накладка, которая может быть изготовлена из:

•                     EPDM (этиленпропиленовый каучук);
•                     PTFE (фторопласт).

Шпиндель задвижки изготавливают из нержавеющей стали марок 2Cr13 и SS416 (зависит от производителя).

Приводная гайка, как и в предыдущих двух моделях, сделана из латуни ЛС59-1.

Сальниковая набивка – ТРГ, уплотнение крышки и корпуса – прокладка из EPDM. Для уплотнения фланцевого соединения используют паронит общего назначения.

Эксплуатационные характеристики

Модель 30ч39р применяется на магистралях, по которым обращается вода. Отсюда вытекают требования ко всем составным деталям. Они должны быть коррозионно-стойкими, не поддаваться разрушению (коррозия не более 0,1мм за 1 год эксплуатации).

1.                  Максимальная температура вещества – 95-150⁰С (зависит от производителя).

2.                  Диаметр прохода – от 40 мм до 1000мм.

3.                  Давление рабочей среды – 10 и 16 атмосфер.

4.                  Класс герметичности затвора – «А».

5.                  Установка на трубу осуществляется: для задвижек диаметром до 250 мм – на горизонтальном участке трубопровода (максимальное отклонение 90⁰ в любую сторону), для арматуры большего диаметра – допускается отклонение по вертикали в любую сторону не более 45⁰.

За счет применения обрезиненного клина, коррозионное разрушение от водной среды полностью отсутствует. Также наличие упругого уплотнителя снижает истирание о чугунный корпус затвора, что увеличивает срок службы изделия.

Для трубопроводных систем ЖКХ, задвижка 30ч39р – лучший выбор.

Эксплуатация

В процессе эксплуатации задвижки подлежат периодическим проверкам, обслуживанию и профилактическому ремонту.

Необходимость профилактического ремонта определяют после осмотра технического состояния арматуры.

На предприятии, эксплуатирующем трубопроводную магистраль, создается комиссия, которая определяет периодичность проверок. 

В ходе проверки осматривают:

•                     сальниковый узел на наличие пропуска рабочей среды через уплотнитель;
•                     корпус и крышку на наличие деформаций, трещин, коррозии;
•                     плотность прилегания и герметичность фланцевого соединения корпуса и крышки;
•                     герметичность фланцев присоединительных патрубков к магистрали;
•                     шпиндель на наличие повреждений резьбы и ржавчины.

Не допускается образование ржавчины на шпинделе, так как в этом случае нарушается геометрия резьбы и возрастает вероятность нештатного заклинивания. Поэтому шпиндель подлежит периодической смазке.

Но прежде, чем смазать шток задвижки, который уже покрылся ржавчиной, ее нужно удалить. Делают это специальными составами.

Только после удаления слоя ржавчины, шпиндель подлежит смазке. Любая смазка для этих целей не подойдет. Надо выбрать состав, учитывая параметры рабочей среды.

В процессе работы можно использовать:

•                     ЦИАТИМ 221;
•                     солидол;
•                     графитовая смазка.

Перед вводом в эксплуатацию шток необходимо смазать пастой ВНИИНП-232, изготовленной по ГОСТу 14068-79года.

Хранение и транспортировка

Перевозку партии арматуры производят в заводской таре.

Требования к погрузке, размещению и креплению груза.

1.                  Располагать ящики с арматурой в вагоне или на автотранспорте надо в соответствии с транспортными обозначениями.

2.                  При погрузке и выгрузке нельзя бить ящики друг об друга, а также бросать.

3.                  Кантовать ящики. Перемещение производить краном, с обязательным соблюдением маркировки.

Хранить арматуру лучше в заводской таре. А при долговременном (свыше полугода) хранении – это обязательное требования. Также, при долгом хранении необходимо смазывать шток специальной пастой.

Помещение для хранения надо проветривать, защищать арматуру от попадания прямых солнечных лучей. Допускается оставлять задвижки на хранение без заводской тары. При этом размещать их надо на поддонах или стеллажах. Попадание влаги исключается.