Любую трубопроводную магистраль промышленного, коммунального или бытового назначения невозможно представить без запорной арматуры. Одним из ее представителей является шиберная задвижка, находящая широкое применение при транспортировании определенного типа рабочих сред.
Стоит отметить, что арматура шиберного (ножевого, гильотинного) типа не применяется в быту и используется в основном в промышленных трубопроводах. В связи с этим она имеет отличное от аналогичных задвижек конструктивное исполнение и размерные параметры.
Рис. 1 Шиберная задвижка в трубопроводных линиях
Что такое шиберная задвижка и сферы ее применения
Шиберной задвижкой называют разновидность запорной арматуры, у которой затвором служит плоская пластина, перемещающаяся перпендикулярно (в единичных моделях под углом) потоку транспортируемой среды.
Шибер задвижка отличается от клиновой тем, что ее запорная пластина имеет небольшую толщину и соответственно малую площадь торцевой поверхности при опускании в седло. Во многих конструкциях ее еще более снижают, придавая форму заостренного ножа, способного рассекать среду со взвешенными частицами. Это позволяет использовать изделия для перекрытия потока рабочего тела в трубопроводах, транспортирующих жидкости с высоким содержанием мягких загрязнений или небольшого размера твердых фракций.
Также шибер-задвижки отличаются от клиновых аналогов более простой конструкцией, меньшей строительной длиной и низким весом.
Рис. 2 Сферы применения шибер задвижек – бункеры, шлюзы
Шиберные задвижки применяют в промышленных отраслях, занимающихся производством текстиля, жидких и сыпучих пищевых продуктов, целлюлозы, бумаги, химических реагентов, добычей полезных ископаемых, отводом канализационных стоков.
Их используют в трубопроводных магистралях, транспортирующих товарную нефть и нефтепродукты — бензин, керосин, дизельное топливо, а также устанавливают в линии подачи канализационных стоков или сыпучих материалов.
При добыче полезных ископаемых их помещают в трубопроводы, транспортирующие шлам — смесь воды с мелкими твердыми фракциями, образующимися после промывки рудного продукта. В транспортируемой водной среде могут содержаться частицы угля, целлюлозы, золы.
Шибер задвижки используют в трубопроводах подачи газа, системах вентилирования воздуха, дымоходах.
Некоторые сферы их применения не связаны с трубопроводами. К примеру, шиберные затворы устанавливают под вертикальные накопительные бункеры, где они управляют раздачей засыпанного материала. В других областях специальные задвижки с прямоугольным шибером большого размера используются в качестве шлюзов (щитовые затворы).
Рис. 3 Основные узлы ножевых затворов на примере моделей ПА 510 и ПА 520
Устройство шиберной задвижки и материалы ее изготовления
Основными узлами типовой шибер-задвижки являются:
Корпус. Состоит из основной части и крышки (во многих конструкциях имеет стойку с бугельным узлом), соединяемых между собой болтами. Основные материалы изготовления корпусных деталей — углеродистая сталь марки WCB (аналоги литьевые стали 20Л, 25Л, 30Л), нержавейки (например 20Х13, CF8, CF8M, AISI 304, AISI 310, AISI 316), серый (СЧ20, СЧ25) и высокопрочный шарографитовый чугун (ВЧШГ) марок GG-40 или GG-25.
К эксклюзивным материалам изготовления корпусов можно отнести алюминий, бронзу и ураниус AISI 904L.
Обычно корпуса задвижек покрывают эпоксидным или порошково-эпоксидным компаундом синего цвета толщиной около 250 мкм.
Шибер. Чаще всего затворную пластину выполняют из коррозионно устойчивых металлических сплавов, которыми являются нержавейки AISI 304, AISI 310 или AISI 316.
Шпиндель. Элемент отвечает за перемещение затворной пластины, обычно выполняется из нержавеющей стали (20Х13).
Рис. 4 Материалы изготовления уплотнений в изделиях марки СМО и их разновидности
Уплотнения седел. Основные материалы седельных уплотнений в шибер-задвижках:
EPDM — этилен-пропилен-диеновый эластомер (ЭПДМ) используется в качестве уплотнителя при транспортировке сред рабочей температурой в + 90 °С и максимальной не более + 125 °С.
NBR — акрило-нитрил-бутадиеновый каучук, обладает относительно невысокой термостойкостью с максимальным порогом не более + 90 °С, при его использовании температура рабочей среды не должна быть выше + 80 °С.
Viton (FKM, FPM) — класс синтетических фторированных каучуков (СФК), обладающих максимальным температурным порогом в + 200 °С, могут длительное время эксплуатироваться при температуре + 180 °С.
PTFE (ПТФЭ) — известный многим фторопласт белого цвета с мыльной на ощупь поверхностью. Материал обладает очень низким коэффициентом трения и наивысшей термостойкостью среди всех уплотнителей в + 270 °С. Его в основном используют в качестве сальникового уплотнения, при работе в седлах фторопласт не обеспечивает 100% герметизацию.
Нитрил (Nitril) — синтетический бутадиен-нитрильный каучук (резина), стойкий к воздействию нефтепродуктов, масел, кислот и щелочей слабой концентрации. Выдерживает рабочие температуры до + 90 °С.
Hypalon (CSM) — продукт от компании Дюпон (DuPont), представляющий собой хлорсульфированный полиэтиленовый эластомер ХСПЭ (полихлоросульфат, CSPE). Хайпалон является каучуком общего применения с хорошими механическими свойствами и высокой устойчивостью истиранию, износу и агрессивным химическим реагентам. Максимальный температурный порог резин на основе ХСПЭ доходит до + 120 °С.
Силикон (Silicone) — кремнийорганический силиконовый каучук является эластичным материалом, способным функционировать в диапазоне температур от — 60 до + 300 °С (выдерживает 500 часов). Максимальная рабочая температура силиконовой резины при сроке эксплуатации в 20 лет — + 120 °С. Силикон устойчив к окислителям, маслам и органическим растворителям, имеет низкий коэффициент остаточной деформации, то есть легко восстанавливает свою форму. К недостаткам кремнийорганической силиконовой резины можно отнести ее недостаточно высокую прочность при растяжении на разрыв в сравнении с другими эластомерами.
Рис. 5 Конструкция шибер-задвижек по ГОСТ Р 55020-2012
Набивка сальника. В шибер задвижках сальник обеспечивает герметизацию в корпусе перемещающейся плоской пластины и имеет форму внутренней поверхности, соответствующую вытянутому прямоугольном шиберу. В качестве его набивки и кольцевых прокладок выступают следующие материалы:
Читайте также: Задвижка с обрезиненным клином 30ч39р — характеристики, применение
Также в задвижках при транспортировке жидкостей с различного типа частицами применяют уплотнительные узлы металл по металлу, допускающее утечки по воде не более 1,5 %.
Крепежные элементы. Болты и гайки обычно делают из углеродистых сталей марок Ст20, Ст25, Ст30.
Подшипники, штурвал. Подшипники выпускают из стали или нержавейки, колесо штурвала может быть чугунным или стальным.
Рис. 6 Типоразмеры задвижек по ГОСТ Р 55020-2012
Технические характеристики
Общие технические условия на шиберные задвижки, используемые в магистральных нефтепроводах, приведены в ГОСТ Р 55020-2012. Некоторые положения этого документа:
Рис. 7 Типы приводов
Рис. 8 Конструкция и материалы изготовления шиберного затвора на примере изделий марки Omal серии Pal (Италия)
Так как шибер-задвижки используют не только в трубопроводных магистралях с нефтепродуктами, указанные выше положения ГОСТ Р 55020-2012 не являются обязательным для их производителей.
Многие фирмы выпускают продукцию в более широком диапазоне условных проходов от 50 до 2000 и даже до 3000 мм.
Также в сравнении с ГОСТ Р 55020-2012 могут отличаться и напорные характеристики выпускаемых изделий — к примеру любой показатель в диапазоне от 1 до 10, 25 или 40 бар, а также их температурные параметры, типы привода (гидро- и пневмопривод). Многие производители поставляют продукцию с иным более широким рядом климатических исполнений.
Рис. 9 Размерные и физические параметры шиберных затворов на примере изделий серии ПА 570
Шиберные задвижки — разновидности
Различают однонаправленные и двунаправленные разновидности шибер-задвижек. В первом случае они способны удерживать рабочую среду с давлением около 30% от номинального.
Существует класс шламовых задвижек, эксплуатируемых в системах перекачивания пульпы — смеси воды с горными породами. Такие изделия оснащаются системой промывки для очистки от накопившегося осадка в виде съемной крышки в нижней части корпуса.
В пищевой, химической, целлюлозно-бумажной промышленности транспортируют жидкости с содержанием частиц до 20% или сыпучие материалы. В этом случае используют изделия с заостренным серповидным, гильотинным (прямым) затвором, позволяющим эффективно отсекать высокоплотные потоки.
Не все шибер-задвижки размещают в трубопроводных магистралях. Некоторые их разновидности находят применение в бункерных вертикальных емкостях с сыпучими материалами, объемом подачи которых управляет ножевая заслонка.
Также специальные шиберные затворы могут быть использованы в системах вентилирования и дымоходах.
Крупногабаритные изделия с квадратным ножом применяют в шлюзах, где их заслонка перекрывает жидкостной поток.
И наконец существуют задвижки с наклонным под углом 30° шибером, находящие применение в целлюлозно-бумажном производстве.
Рис. 10 Разновидности шиберных затворов марки СМО
Основные разновидности поставляемых на рынок шиберных задвижек можно рассмотреть на примере продукции фирмы ПромАрм.
ПромАрм (ПА) — торговый знак российского производителя с предприятием в городе Пенза, с 2013 года выпускающего шиберные затворы в корпусах из шарографитового чугуна (GGG-40), углеродистой (WCB), нержавеющей (CF8), жаропрочной молибденовой (CF8M) сталей, других специальных сплавов. Все изделия имеют условные диаметры от 50 до 1200 мм (кроме ПА 570) и оснащены следующими типами приводных механизмов: ручной штурвальный (DN 50 – 500 мм), рычажный (DN 50 — 300 мм), редукторный, пневматический, электрический (DN 50 — 1200 мм).
Варианты их исполнений для различных климатических условий: УХЛ4, У, ХЛ, ТМ, Т, ТВ. Затворы ПА выпускают следующих серий:
ПА 510 — межфланцевая одностороннего или двухстороннего типа действия шиберная задвижка со сквозным серповидным ножом и эластомерным уплотнителем (рис. 3). Рассчитана на напор подаваемой среды в 2 (DN 700 — 1200 мм), 4 (500 — 600 мм), 6 (300 — 450 мм) и 10 (50 – 250 мм) бар.
Назначение шиберного затвора ПА 510 – регулировка подачи жидкостей с высоким количеством фракций во взвешенном состоянии (до 20%), целлюлозы, древесной массы, порошков, золы, высококонцентрированного шлама в виде пульпы с концентрацией 5 — 20%, спиртных напитков. Он может использоваться при подаче по наклонным трубам самотеком твердых и порошкообразных веществ.
Отличительная особенность ПА 510 — наличие составного корпуса из двух симметричных половинок.
Рис. 11 Ножевые затворы СМО
ПА 520 — шиберно-ножевая межфланцевая задвижка с уплотнением из эластомеров U-образной формы, предназначена для работы в среде с содержанием примесей не более 5% (сточные воды). В зависимости от типоразмеров изделия рассчитаны на давления 2 — 4 — 6 — 10 бар.
ПА 530 — двухсторонний межфланцевая шиберная задвижка, предназначенный для работы в среде загрязненных жидкостей с объемом взвесей до 5% (трубопроводные магистрали подачи ливневых, канализационных, промышленных сточных вод).
Выпускается в разборном корпусе на эксплуатационные давления 16 (DN 50 — 150 мм), 10 (200 — 400 мм), 8 (450 — 600 мм), 6 (650 — 1000), 4 (1200 мм) бара.
В ПА 530 используется уплотнение из эластомеров U-образной формы с дополнительными верхними перемычками, благодаря чему улучшились его напорные характеристики.
Рис. 12 Конструкция ПА 540 и ПА 550
ПА 540 — задвижка цельноотлитая межфланцевая чугунная с односторонней герметичностью и уплотнением из эластомера или металл по металлу. Благодаря тому, что ее нож имеет специально спрофилированную (закругленную) кромку, она может работать в среде с содержанием взвесей до 5% и волокон до 35%. При работе с гранулами и порошками ее монтируют в положении, обратном стрелке на корпусе, указывающей направление прямого потока. Изделие рассчитано на следующие диапазоны давлений рабочей среды: 10 (DN 50 — 250 мм), 6 (300 — 450 мм), 4 (500 — 600 мм), 2 (700 – 1200) бара.
Читайте также: Запорная арматура — виды, типы, сфера применения и методы подсоединения
ПА 550 — двунаправленная шламовая задвижка межфланцевая гильотинная (прямая кромка заслонки) со вставками из резины. Находит применение в магистралях с жидкостями, имеющих высокое содержание абразивных твердых фракций, грязи, камней и пульпы, что характерно для горной добычи полезных ископаемых. Уплотнители из эластомеров выпускают с армировкой металлическим сердечником. Имеет напорные характеристики: 10 (DN 50 – 200), 7 (250 — 400 мм), 5 (450 – 600 мм), 3 (700 — 900 мм), 2 (1000 -1200 мм) бара.
В нижней части корпуса находится съемная крышка для промывки.
Рис. 13 Конструктивное устройство ПА 560 и ПА 570
ПА 560 — шиберная задвижка для межфланцевого подсоединения с двухсторонней герметичностью и износостойким цельноформованным полиуретановым уплотнением, имеющим паз для погружения ножа. Предназначена для эксплуатации в трубопроводах горнодобывающей промышленности, транспортирующих жидкую среду с высоким содержанием твердых фракций — шлам, пульпу, загрязненную воду с песком и мелкими камнями, абразивными частицами. Выпускается в корпусе из чугуна или стали, рассчитана на напор подаваемой среды в 6, 8, 10 и 16 бар.
ПА 570 — межфланцевая шиберная задвижка однонаправленного действия высокого давления, выпускаемая в закрытом корпусе. Предназначена для эксплуатации в трубопроводах диаметров от 50 до 2000 мм, транспортирующих жидкости с содержанием взвесей не более 5%. Все изделия способны выдерживать давление до 25 бар, управляются при помощи штурвала и рычага (50 — 300 мм), редуктора, пневмо- и электропривода (50 — 2000 мм). ПА 570 имеет двойное сальниковое уплотнение из эластомеров или металл по металлу в области прохождения ножа через корпус и на выходе шпинделя, обеспечивающее ее высокие напорные характеристики.
Рис. 14 Внешний вид шиберных затворов END Armaturen
Производители
Помимо продукции рассмотренной выше компании ПромАрм свой товар на отечественный рынок поставляют следующие компании:
END Armaturen — немецкий производитель высококачественной шиберной арматуры из стали и чугуна (GG-25) в закрытых корпусах, рассчитанной на давления 5, 6, 7, 8, 10 бар и температуры рабочего тела до 190 °С. Предлагаемые к продаже двунаправленные изделия с U-образным шибером диаметрами от 50 до 400 мм выпускают с ручным и рычажным управлением.
Zetkama — хорошо известный на отечественном рынке польский производитель поставляет шиберные задвижки из литого чугуна марки EN- GJL- 250 диаметрами от 50 до 1200 мм. Изделия предназначены для эксплуатации в трубопроводах, транспортирующих жидкости с 5% содержанием твердых фракций, установках для подачи сухих материалов в целлюлозно-бумажный промышленности, в системах канализации с 35% содержанием отходов. Шибер-задвижки рассчитаны на работу при давлении рабочей среды в 2, 4, 7 и 10 бар и ее температуру не более 90 °С.
Рис. 15 Шиберная задвижка Zetkama
FAF Vana — торговая марка турецкого производителя широкого ряда запорной и регулирующей арматуры. Шибер-задвижки FAF выпускают в корпусах из обычного или высокопрочного чугуна диаметрами от 50 до 600 мм. Все они рассчитаны на напор рабочей среды в 10, 16 бар и ее температуру не более + 130 °С. Предназначены для эксплуатации в среде из чистых и сточных вод, пульпы, кристаллизованных и порошкообразных веществ, используются для транспортировки веществ в пивоваренной и пищевой промышленности.
СМО — бренд испанской компании с центральным офисом и производственными мощностями в городе Талоса, основанной в 1993.
Фирма поставляет на отечественный рынок очень широкий ассортимент шиберных задвижек различных конструкций — более 20 наименований с различными литерами. Арматуру выпускают из разных материалов условных проходов от 50 до 3000 мм со всеми типами приводов. Диапазон давлений всех изделий от 0,5 до 100 бар, рабочие среды — газы, чистые и с различным содержанием взвешенных или твердых фракций жидкости.
Рис. 16 Шиберная задвижка ABRA
ABRA — торговая марка китайской компании, реализацией продукции которой на территории России занимается фирма Абрадокс. Шиберная задвижка ABRA выпускают диаметрами от 50 до 600 мм на давления 4, 6, 10 и 16 бар. В ассортиментный перечень продукции входит несколько видов ножевых моделей разных типоразмеров, рабочая температура которых зависит от типа используемых уплотнений: для EPDM она лежит в диапазоне от — 10 до + 95 °C, для NBR этот показатель от — 10 до + 70 °С.
Tecofi — торговая марка французской компании, выпускающей широчайший ряд шиберных ножевых задвижек следующих серий: типовая VG, со сквозным ножом (VGT), для раздаточных бункеров (VGS), с квадратным ножом (VGC), с наклонным под 30 градусов затвором прямоугольной формы (VGA), шлюзовая с прямоугольным ножом (VGM).
Материалами корпусов шибер-задвижек Tecofi являются обычный и ковкий чугун, углеродистая сталь, нержавейка, алюминий, поливинилхлорид (ПВХ). Шибер-задвижки Tecofi выпускают диаметрами от 50 до 1200 мм, их номинальные давления — 1, 2, 4, 7 и 10 бар, в специальных конструкциях напорные характеристики могут быть 25 и 40 бар. Рабочая температура для уплотнения из EPDM — 110 °С.
Рис. 17 Шиберная задвижка бренда Tecofi
Рекомендации по монтажу
При установке шибер-задвижек в трубопровод необходимо соблюдать следующие рекомендации:
Рис. 18 Правила монтажа
Шиберные задвижки находят широкое применение во многих отраслях промышленности и народного хозяйства, где производится транспортировка по трубопроводам и без их наличия газов и чистых или с загрязнениями жидкостей. Благодаря широкому спектру использования, шиберная запорная арматура имеет довольно большое число вариантов конструктивных исполнений, материалов изготовления основных узлов, которыми являются корпуса, шиберы и уплотнения.
