Трубопроводная арматура — определение, классификация, назначение, применение

Трубопроводная сеть любого назначения – это серьезная инженерная конструкция, в которой каждая деталь несет на себе определенную функциональную нагрузку, отвечает за качество, безопасность, бесперебойность работы сети. Но магистраль не состоит из одних лишь труб, необходима еще и арматура. Конструкционное решение таких деталей по сложности, материалу изготовления (сталь, чугун, латунь, пластик), видам и назначению разнообразны. Она используется для стальных, металлопластиковых, полиэтиленовых, полипропиленовых систем. В статье мастер сантехник расскажет, о видах трубопроводной арматуры.

Определение и назначение

Прежде чем рассматривать, какие разновидности трубопроводной арматуры существуют и как их используют, необходимо выяснить, что же такие элементы собой представляют.

Устройства, устанавливаемые на трубопроводах, называются трубопроводной арматурой, предназначены для разнообразных целей – управление, регулировка, защита, контроль и множество других функций. Для более понятного обозначения, трубопроводная и запорная арматура была классифицирована  как единицы по разделам для уточнения эксплуатационных свойств, функций и назначения. Стандарт  определений и терминов по трубопроводной арматуре - ГОСТ 24856-2014 был принят 30 мая 2014г. В его согласовании и утверждении приняли Россия, Беларусь, Армения, Киргизия, Узбекистан и Украина. Межгосударственный стандарт действует на территории РФ с  1 апреля 2015 и включает определения и термины, классификацию трубопроводной запорной  арматуры разделяет на достаточно обширное количество основных видов.

По выполняемым функциям:

• Запорная – герметично перекрывает движение вещества в магистрали в момент закрытия, также обеспечивает проходимость без сопротивления при открытии механизма (кран, вентиль, заслонка, задвижка). Необходимость в данном процессе возникает периодически по техническим требованиям. К запорным относится элемент для спуска рабочей среды из емкости или поступления в контрольно-измерительные приборы;
• Регулирующая – позволяет менять параметры температуры, давления, напора, уровня, расхода транспортируемого вещества (вентиль, самодействующий клапан, конденсатоотводчик, регулятор уровня). Редукционная или дроссельная арматура трубопроводов регулирует давление посредством гидравлического сопротивления;
• Предохранительная – автоматически срабатывает на открывание клапана при давлении, превышающем норму, во время чего происходит сброс избытка проводимой массы (предохранительный клапан, мембранный предохранитель, перепускной клапан);
• Защитная – отключает оборудование, участок трубопровода при аварийном изменении показателей проводимого вещества или блокирует обратный ток рабочей среды, защищая трубопровод и оборудование от аварийных ситуаций (обратный клапан, пневмозадвижки, отсечный клапан);
• Фазоразделительная – разделяет проводимую среду, находящуюся в разных фазах состояния (удаление конденсата, масло/газо/воздухоотделение);
• Распределительно-смесительная – распределяет поток вещества в заданных направлениях, либо смешивает потоки в единый (распределительный кран/клапан, смеситель, трехходовая арматура);
• Контрольная – определяет уровень, движение проводимой массы (датчик уровня, пробко-спускные краны).

По способу управления:

• Управляемая – приводится в действие посредством манипуляции вручную или с помощью механического (пневматического, гидравлического, электрического, электромагнитного) привода. Дистанционное управление может осуществляться отдельно установленным от трубопроводной арматуры приводом, соединяемым подшипниками, валами, тросом, зубчатыми колесами. Большая часть изделий, рассчитанная на трубы Ø не более 400 мм, управляется ручным приводом, процесс отличается медлительностью и приложением значительных усилий;
• Автоматическая – действует автономно под влиянием рабочей среды или с помощью устройств автоматического срабатывания.

По способу соединения с трубопроводом:

• Муфтовый – соединение муфтой с резьбой внутри, применим к Ø не более 80 мм и рабочему давлению 10 атм, подходит для металлопластиковых, полиэтиленовых, полипропиленовых трубопроводов;
• Фланцевый – прочное соединение с болтовой стяжкой, фланцевая стыковка может многократно разбираться и собираться для ремонта, прочистки арматуры. Необходим периодический контроль креплений, так как они могут ослабевать;
• Под приварку – детали стыкуются сварочным швом в раструб или встык, считается самым надежным и герметичным, применяется для проводимости опасных веществ. Соединение может быть дополнено подкладным кольцом, чтобы исключить перекос стыковки деталей, такой способ используют при прокладке трубопроводов для АЭС;
• Цапковый – способ соединения элементов небольшого размера, работающей под высоким давлением (КИПиА), посредством присоединительных патрубков с наружной резьбой и буртиком;
• Штуцерный – используется для арматуры Ø не более 15 мм в лабораторных трубопроводах. Соединение резьбовое.

По способу герметизации:

• Сальниковая – достигается уплотнением контакта штока и шпинделя сальниковой набивкой (шнуры из асбестовых или пеньковых волокон, пропитанные герметизирующим составом, фторопластовая набивка);
• Мембранная – уплотнение за счет мембраны (упругий эластичный диск), которая зажимается между крышкой и корпусом арматуры;
• Сильфонная – подвижные элементы уплотнены сильфонным узлом (гофрированная трубка);
• Шланговая – в конструкцию арматуры включен эластичный шланг, который пережимается, герметично отсекая поток.

По области применения:

• Специальная – изготавливается на заказ с определенными требованиями для выполнения специфических задач. Арматура трубопроводная такой разработки используется в лабораторных исследованиях, испытаниях, оборонном комплексе, АЭС;
• Общего назначения – изделия серийного выпуска, которые широко используются в промышленности, системах ЖКХ (водопровод, отопление), других производственных отраслях. К ним относятся:
• Пароводяная – широко применяется во всех сферах, где трубопровод работает с водой, рассчитана на различный спектр диаметров и рабочего давления;
• Газовая – применима к трубопроводам газоснабжения с требованиями для пожароопасной, взрывоопасной среды. Отличается прочным, герметичным соединением;
• Нефтяная – устойчивая к агрессивной среде арматура, устанавливаемая на трубопровод с нефтяным потоком или нефтепродуктами;
• Химическая – разрабатывается из материалов, устойчивых к окислению, для трубопроводов химической промышленности с очень агрессивной рабочей средой;
• Энергетическая – вид трубопроводной арматуры, сопряженной с работой энергетических котлов, установок, турбин с повышенным давлением (более 300 атм) и температурой пара (более 500оС);
• Судовая – применяется на флоте, судостроении, морских сооружениях в условиях работы с нестабильным положением и суровым морским климатом;
• Резервуарная – монтируется на емкостях для сброса наполняющей среды (дренажная арматура), имеет один присоединительный патрубок.

По типу перемещения рабочего механизма выделяют такие виды трубопроводной арматуры:

• Кран – запирающий элемент, имеющий тело вращения, перемещается, вращаясь вокруг своей оси с произвольным расположением относительно направления потока;
• Задвижка – элемент регулировки или запора перемещается перпендикулярно направлению потока, имеет крайние положения откр. и закр.;
• Затвор (заслонка, герметичный клапан) – дисковидный элемент затвора вращается вокруг своей оси перпендикулярно или под углом относительно потока;
• Вентиль (запорный клапан) – тело запирания и регулировки посажено на шпиндель, перемещается параллельно потоку возвратно-поступательно, перекрывая сечение в горизонтальной плоскости. Работает с газообразной и жидкой средой, бывает клапанный и шаровый.

По условному давлению:

• Вакуумная – изолирует часть или всю вакуумную камеру от системы откачки для управления последовательности процесса откачки;
• Абсолютного давления (до 0,1 МПа) – применимы в оборудовании для измерения абсолютного давления среды трубопровода;
• Малого давления (до 1,6 МПа) – бытовые металлопластиковые, полиэтиленовые, полипропиленовые водопроводы и системы из стали;
• Среднего давления (до 10 МПа):
• Высокого давления (до 100 МПа);
• Сверхвысокого давления (более 100 МПа).

По рабочей температуре:

• Криогенная (-150оС и ниже);
• Холодильного оборудования (от -60оС до -150оС);
• Низкой температуры (от -20оС до -60оС);
• Средней температуры (до 400оС);
• Высокой температуры (до 600оС);
• Жаростойкие (600оС и выше).

Материалы

Современные варианты трубопроводной арматуры изготавливают из различных материалов. Их можно разделить на несколько подвидов.

Для производства корпуса

Корпус трубопроводной арматуры должен обладать высочайшими прочностными характеристиками. Данные составляющие служат своеобразными базисами для узлов и прочих важных деталей. Кроме того, именно на корпус приходятся все механические воздействия, относящиеся к рабочей среде. Также любые монтажные усилия и динамические нагрузки, которые имеют место во время функционирования арматуры, тоже принимает на себя корпусная часть.

В большинстве случаев корпус трубопроводной арматуры изготавливают из различных металлов. Чуть реже встречаются пластиковые, керамические или стеклянные варианты. Более того, керамика и стекло в данном случае и вовсе могут стать настоящей экзотикой, хоть они и имеют множество положительных качеств. Главным из них является не подверженность губительному влиянию агрессивных сред. По этой причине для множества технологических процессов в химической промышленности используют именно стеклянные и керамические корпуса.

Что касается такого материала, как пластмасса, то о нем можно сказать, что он является очень экономичным, однако его прочностные характеристики оставляют желать лучшего. Конечно, если речь идет о трубопроводе с малым номинальным диаметром и низким уровнем давления, то пластмассовая арматура подойдет вполне.

В данном случае слово «пластмассовая» включает в себя довольно широкий список материалов, к которым относятся:

• Поливинилхлорид;
• Полипропилен;
• Полиэтилен и многие другие.

Изначально арматуру трубопровода изготавливали из цветмета. Для производства первой арматурной детали применяли некапризные и податливые материалы:

• Бронза;
• Латунь;
• Свинец.

На сегодняшний день для систем определенных категорий арматурная деталь из бронзы или латуни с маленьким диаметром является идеальным решением, в особенности если учесть, что бронзовые элементы имеют эстетичный внешний вид. Боле того, если к крану из бронзы были приложены силы опытного дизайнера, то он может превратиться в настоящее произведение искусства. Несмотря на то, что вид трубопроводной арматуры – далеко не самый важный параметр, в некоторых случаях она может располагаться у всех на виду, став элементом интерьерной композиции.

Еще одним весомым преимуществом медных элементов является то, что они не станут подвергаться коррозии. Кроме того, их отличает беспроблемная механическая обрабатываемость.

В поисках более дешевого и легкого варианта обычно останавливаются на арматуре из алюминия. Также относительно легковесным, но при этом более прочным, является титан, считающийся главным конкурентом алюминия. Однако нужно учитывать, что трубопроводная арматура из титана имеет довольно высокую цену и используется в редких случаях.

Также в изготовлении корпусов трубопроводной арматуры применяются такие материалы, как танталовые/никелевые сплавы. Несмотря на то что существуют подобные варианты, все же в большинстве случаев используются корпусные составляющие из чугуна или стали.

Сталь для арматурного корпуса бывает разной. Допустимо использовать следующие разновидности данного материала:

• Легированная;
• Углеродистая;
• Жаропрочная;
• Нержавеющая сталь.

К жаропрочной разновидности материала обращаются, если арматура работает при высоких температурах. Тут стоит отметить, что детали из стали можно использовать в более широком температурном диапазоне, нежели чугунные варианты. Что касается слишком агрессивных или особенно чистых сред, то здесь обычно используют нержавейку.

Кроме того, стальной корпус арматуры может быть:

• Кованый;
• Сварной;
• Штампованный;
• Комбинированный.

Что касается чугунных корпусов, то они производятся методом литья. Как правило, при этом используют особый серый, ковкий или чугун с шарообразным графитом.

Серый чугун представляет собой сплав железа в комбинации с графитом. Он может похвастаться прекрасными литейными качествами. Что касается ковкого материала, то он является более прочным и имеет вязкую структуру, если сравнивать его с серым вариантом. Подобный материал без проблем переносит влияние низких температурных значений, а также легко выдерживает существенные вибрационные нагрузки. Сплав с шарообразным графитом получил свое название благодаря форме, которую имеют графитовые включения в его составе.

Стоит отметить, что чугун не боится коррозии. В этом плане он является более надежным, нежели та же углеродистая сталь. Также этот материал отличается твердой структурой, однако остается при этом достаточно хрупким. Именно поэтому трубопроводная арматура с чугунным корпусом не используется в условиях высокого давления, а также в тех системах, где присутствуют гидроудары. Однако запорная арматура из чугуна обойдется намного дешевле варианта из стали.

Уплотнители и прокладки для трубопроводной арматуры

Сырье для уплотнений выступает в качестве поверхностей затвора арматуры. От свойств данных элементов напрямую зависит то, насколько герметичным окажется конкретное устройство. Во многих случаях затвор представляет собой составляющую часть корпуса, однако обычно его производят из иного сырья, которое должно отвечать ряду требований к надежности, прочности и сроку службы.

Для изготовления уплотнителей очень часто применяют кольца из металла, что развальцованы в корпусе либо приварены к нему. Сырье, из которого производят такие детали, должно беспроблемно поддаваться шлифовке, а также иметь антифрикционные качества. Кроме того, качественный уплотнитель не должен страшиться ржавчины.

Всем перечисленным требованиям отвечают такие материалы, как:

• Латунь;
• Сталь;
• Бронза;
• Монель.

Уплотнительная плоскость может создаваться направлением металла. К примеру, максимально жесткого и стойкого к коррозии стеллита либо сормайта. С самого начала в трубопроводной арматуре присутствовали исключительно металлические уплотнители, однако по ходу модернизации химической промышленности стали более популярными эластичные продукты.

Популярность завоевало такое неметаллическое сырье, как:

• Фторопласт;
• Эбонит;
• Резина;
• Тефлон и прочие полимеры.

Используются указанные материалы как самостоятельно, так и в сочетании с различными сплавами.

Внутри сальниковых набивок трубопроводной арматуры применяют специальные герметизирующие материалы, которые отличаются высокими качествами упругости, максимальной стойкостью к различным температурным режимам, а также минимальным коэффициентом трения. Это может быть такое сырье, как графит либо фторопласт. Проще говоря, набивочные материалы, используемые в трубопроводной арматуре, характеризуются большим многообразием.

Сырье, из которого делают прокладки, отвечает за уровень герметичности необходимых соединений, к примеру, в пространстве между крышкой и корпусом, а также между плоскостями фланцев. Допустимо использовать как металлические, так и неметаллические прокладки.

Варианты из металла идеально подходят для сложных условий работы. Неметаллические прокладки являются менее крепкими и производятся из таких материалов, как резина в листах, паронит или фторопласт.

Надо брать в расчет то, что от того, какими свойствами и качествами обладают материалы, что использовались в изготовлении арматуры, напрямую зависят отдельные параметры и качество системы. Кроме того, тот или иной материал всегда сказывается на итоговой стоимости деталей. Важно иметь в виду влияние определенного сырья на конкретный вид подсоединения арматуры к трубопроводу. К примеру, в процессе установки арматуры из чугуна не допускается использование сварных соединений, как, например, в случае со стальными деталями, поэтому разрешена лишь фланцевая чугунная арматура или элемент с резьбой.

Условные обозначения арматуры трубопроводной

Чтобы правильно подобрать арматуру для стальных, металлопластиковых, полиэтиленовых, полипропиленовых и не только трубопроводов применяют условные обозначения – краткое содержание технических параметров детали классификации ЦКБА (Центральное конструкторское бюро арматуростроения). Шифр содержит определенную последовательность буквенных и цифровых значений. Две цифры впереди – вид арматуры, следом одна, две буквы – материал изделия, затем одна, две цифры – порядковый номер арматуры этого вида в каталоге, конечные две буквы – материал уплотнения или внутренняя поверхность изделия, римская цифра – конструктивное исполнение изделия, арабская цифра – конструктивное исполнение различных сред, режима.

Вся запорная арматура по классификации имеет стандартный вид обозначения:

XXaaYYbb

Где:

• XX и YY имеет цифровое обозначение;
• aa и bb буквенное обозначение.

«XX» первые цифры обозначают тип арматуры. Тип  трубопроводной запорной арматуры коротко обозначает  назначение, основные конструктивные и функциональные особенности устройств:

• 10 – кран (пробно-спусковой);
• 11- кран (для трубопровода);
• 12 – запорное устройство указателя уровня;
• 13,14,15 – клапаны (вентили) запорные разнообразных типов и конструкций;
• 22,24 – клапан отсечной;
• 16 – клапан обратный;
• 17 – клапан предохранительный;
• 19 – затвор обратный, клапан герметичный;
• 20 – клапан перепускной;
• 18,21 – регулятор давления;
• 23 – клапан распределительный;
• 27 – клапан смесительный;
• 30,31 – задвижка;
• 32 – затвор поворотный;
• 33 – задвижка шланговая;
• 40 – элеватор;
• 45 – конденсатоотводчик.

Затем следуют буквы «аа», они обозначают материал корпусных деталей:

• С – Углеродистая сталь;
• ЛС – легированная сталь;
• НЖ – нержавеющая сталь;
• Ч – серый чугун;
• КЧ – ковкий чугун;
• ВЧ – высокопрочный чугун;
• Б – латунь, бронза;
• А – алюминий;
• МН – монель-металл;
• П – пластмасса;
• ВН – винилпласт;
• К – фарфор;
• ТН – титановый сплав;
• СК - стекло.

После следуют цифры «YY» обозначающие номенклатурную общепромышленную серию.

Далее будет последние обозначение «bb», описывает материал уплотнительных поверхностей затвора:

• БК – без колец;
• БР – латунь, бронза;
• МН – моннель-металл;
• НЖ – нержавеющая сталь;
• НТ – нитрированная сталь;
• БТ – баббит;
• СТ – стеллит;
• СР – сормайт;
• К – кожа;
• Э – эбонит;
• Р – резина;
• П – пластмасса;
• ВП – винилпласт.

Пример расшифровки по классификации запорной арматуры

Рассмотрим один из самых популярных примеров.

15с68нж

Где:

• 15 –клапан запорный;
• С – из углеродистой стали;
• 68 – номенклатурное обозначение;
• НЖ – уплотнительный материал выполнен из нержавеющей стали.

Международный стандарт классификации запорной арматуры внёс ясность в общие  правила разработки, принятия, принятия и применения  в арматуростроении стран утвердивших данный ГОСТ.

Видео

В сюжете - Обучающий фильм о запорной арматуре

В сюжете - Все виды трубопроводной арматуры

Заключение

Множество характеристик трубопроводной арматуры приводит к сложности её классификации с одной стороны и к большому выбору и разнообразию – с другой.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Ревизия трубопроводной арматуры