Клапаны-бабочки — это тип четвертьоборотных клапанов, которые имеют поворотный диск, установленный на штоке клапана, который может вращаться в корпусе клапана. Изменяя положение диска, можно регулировать поток жидкости через клапан. Шток клапана может поворачиваться на 90o из открытого в закрытое положение, что может быть выполнено вручную с помощью рукоятки или автоматизированно с помощью четвертьоборотного привода клапана. Приводы могут работать от электричества, механики или гидравлики. Для арматуры больших размеров привод может быть дополнен редуктором для снижения крутящего момента, требуемого от оператора.

В этой статье представлена информация о поворотных затворах, включая обзор конструкции и основных компонентов, различных типов, материалов, соответствующих спецификаций и преимуществ. Чтобы узнать больше о других типах клапанов, обратитесь к нашему соответствующему руководству «Понимание клапанов».

Конструкция и основные компоненты

Конструкция поворотных затворов относительно проста и состоит всего из нескольких ключевых компонентов, к которым относятся корпус клапана, диск, шток клапана и седло.

Корпус клапана содержит рабочие компоненты клапана и предназначен для установки между фланцами в трубопроводных системах. Существуют различные типы корпусов, различия между которыми рассматриваются далее в разделе о типах поворотных затворов.

Диск (иногда пишут диск), также называемый бабочкой, является компонентом, который вращается в корпусе клапана и служит механизмом управления потоком. В некоторых эволюциях конструкции поворотных затворов использовалось смещение ориентации диска для улучшения рабочих характеристик клапана; подробнее об этом можно прочитать в разделе ниже.

Шток клапана — это вал, который соединяет диск с приводом и управляет движением клапана из открытого в закрытое положение. Многие поворотные затворы изолируют шток от среды с помощью уплотнений, втулок и других деталей для предотвращения загрязнения, которое может повлиять на способность клапана свободно работать.

Седла клапанов обеспечивают прилегание к краю диска для перекрытия потока жидкости в клапане. Седла могут быть упругими, изготовленными из более мягкого материала, который сжимается при закрытии диска, или в высокопроизводительных клапанах могут быть изготовлены из металла.

К другим компонентам поворотных затворов относятся дисковые уплотнения, уплотнения штока, уплотнительные кольца и втулки.

Выбор материалов, используемых в конструкции поворотных затворов, определяется характером среды, которой подвергается клапан, а также условиями эксплуатации, такими как давление и температура. Некоторые компании начинают заменять металлические поворотные затворы на клапаны из ПВХ, поскольку это дает определенные преимущества. В течение последних нескольких лет в промышленном мире считалось, что лучшим материалом для поворотных затворов является металл, поскольку он прочный, крепкий и надежный. Однако срок службы клапана часто сокращается из-за коррозии. Кроме того, первоочередными задачами являются износостойкость и прочность на единицу веса. Поворотные затворы из ПВХ имеют небольшой вес, полностью устойчивы к коррозии, ударам и ультрафиолетовому излучению и обладают исключительной долговечностью. В результате многие отрасли промышленности переходят на этот тип клапанов. Клапаны из ПВХ изготавливаются путем химической реакции в жидкой среде. Затем полученный продукт заливается в форму и нагревается в печи, пока не примет нужную форму. Этот новый тип клапанов можно использовать даже в таких чувствительных областях, как системы сбора пыли.

Типы поворотных затворов

Существует несколько различных способов характеризовать поворотные затворы — по типу корпуса, по используемым материалам и по выравниванию диска. Это приводит к некоторой степени дублирования, поскольку эти типы не являются взаимоисключающими.

К основным типам поворотных затворов относятся:

• Поворотные затворы вафельного типа
• Поворотные затворы с ушками
• Фланцевые поворотные затворы
• Приварные поворотные затворы
• Поворотные затворы с футеровкой
• Металлические поворотные затворы
• Поворотные затворы с нулевым смещением
• Поворотные затворы с двойным смещением
• Поворотные затворы с тройным смещением

Поворотные затворы вафельного типа

Поворотные затворы вафельного типа представляют собой конструкцию, в которой элементы управления клапана готовы к установке между двумя фланцами, которые при установке фиксируют клапан на месте. Как правило, они легче поддаются механической обработке, чем другие типы поворотных затворов, используют меньше материалов и менее дороги в производстве. Они также очень просты в установке. Большинство поворотных затворов имеют вафельный тип, поэтому слово «вафельный» часто опускается в описании.

Поскольку дисковые поворотные затворы устанавливаются между фланцами труб с помощью болта и гайки, невозможно отсоединить от клапана только одну сторону трубопроводной системы. В результате, для обслуживания дисковых поворотных затворов обычно требуется остановка системы. Поворотные затворы вафельного типа при установке не приводят к передаче веса трубопроводной системы через корпус клапана.

Поворотные затворы с наконечниками

Поворотные затворы с ушками имеют ряд выступающих ушек по окружности корпуса клапана, которые предназначены для совмещения с отверстиями во фланцах труб по обе стороны клапана. Болты из окружающих фланцев могут проходить через выступы, или, в некоторых случаях, выступы имеют резьбу, соответствующую резьбе болта, и могут быть установлены с помощью болта с каждой стороны в выступе.

Преимуществом поворотных затворов с ушками является то, что они работают как тупиковый сервисный клапан, позволяя отсоединять и снимать сваи, расположенные ниже по течению, по мере необходимости для технического обслуживания.

Фланцевые поворотные затворы

Фланцевые поворотные затворы имеют отдельные фланцы на концах поворотного затвора. Варианты этого типа поворотных затворов включают монофланцевые или двухфланцевые конструкции. Во многих случаях фланцы сверлятся и нарезаются для соответствия стандартам ASME для трубопроводов, а в некоторых случаях могут поставляться без сверления.

Сварные поворотные затворы

Сварные поворотные затворы — это затворы, в конструкции которых используется сварка встык вместо крепления съемными болтами через фланцы. Они обычно используются в системах с очень высоким давлением или в других случаях, когда требуется высокая производительность, например, в криогенных системах.

Поворотные затворы с футеровкой

Поворотные затворы с футеровкой — это клапаны, на внутренние поверхности корпуса которых нанесено нереактивное покрытие или футеровочный материал. Покрытие служит для защиты клапана от воздействия едких или коррозийных химикатов, улучшает коэффициент расхода клапана за счет снижения трения и предотвращает возможное загрязнение рабочей среды клапана.

В футерованных поворотных затворах могут использоваться такие материалы, как резина или полимеры, например, перфторалкоксиалканы (PFA) и политетрафторэтилен (PTFE). В тех случаях, когда корпус и шток клапана изолированы от воздействия среды, клапан считается несмачиваемым. В отличие от этого, смачиваемыми считаются клапаны, в которых корпус и шток клапана подвергаются воздействию потока рабочей среды. Футерованные поворотные затворы, обеспечивающие изоляцию, позволяют изготавливать корпус клапана из менее дорогих материалов, а не выбирать коррозионностойкие материалы, как в случае с поворотными затворами из санитарной нержавеющей стали.

Металлические поворотные затворы

Металлические поворотные затворы предназначены для использования в условиях высокого давления и высоких температур и имеют металлические седла, которые выдерживают давление и температурные условия, в отличие от более мягких упругих седел или седел из ПТФЭ, которые могут быть повреждены в таких условиях эксплуатации. Они также имеют металлический корпус и полностью металлические компоненты в отличие от других типов конструкций, таких как пластиковые поворотные затворы, и используются в условиях, требующих огнестойкости.

Поворотные затворы с нулевым смещением

Поворотные затворы с нулевым смещением используются в системах с низким давлением и низкой температурой. Термин «нулевое смещение» относится к геометрическому расположению пластины или диска клапана относительно корпуса клапана. В поворотных затворах с нулевым смещением диск клапана симметрично выровнен относительно штока и корпуса клапана. Это означает, что в полностью открытом положении диск разделяет поток на две равные половины, при этом диск центрируется в отверстии корпуса клапана, а шток клапана проходит через центр диска. Недостатком поворотных затворов с нулевым смещением является постоянное трение между диском и седлом клапана при полном четвертьобороте клапана.

Поворотные затворы с двойным смещением

Поворотные затворы с двойным смещением вызывают два смещения диска относительно центральной линии клапана и центральной линии корпуса клапана. Таким образом, диск больше не сидит симметрично относительно отверстия корпуса клапана, а положение штока клапана смещено относительно плоскости поверхности диска. Использование конструкции с двойным смещением обеспечивает плавное открытие и закрытие клапана, а также решает проблему трения между седлом клапана и диском, которая существовала в конструкции с нулевым смещением. В поворотных затворах с двойным смещением диск соприкасается с седлом лишь на несколько градусов при открытии и закрытии клапана, что снижает трение и износ материала седла. При использовании подходящего эластичного металлического седла и сопрягаемого металлического диска поворотные затворы с двойным смещением могут применяться в системах с высоким давлением и высокой температурой. Они также более экономичны в производстве, чем более сложные поворотные затворы с тройным смещением, описанные ниже.

Поворотные затворы с двойным смещением также называют высокопроизводительными поворотными затворами.

Поворотные затворы с тройным смещением

Поворотные затворы с тройным смещением сохраняют два смещения, которые являются отличительной чертой конструкции с двойным смещением, но также добавляют третье геометрическое изменение или смещение в конструкцию. Посадочная поверхность диска обрабатывается таким образом, что она имеет смещенный конический профиль, вершина которого находится под прямым углом и несимметрична относительно центральной линии корпуса клапана. Преимущество такой конструкции заключается в том, что она обеспечивает работу без трения во время цикла работы клапана, при этом контакт между диском и седлом происходит только в конечной точке закрытия. Это позволяет использовать в поворотных затворах с тройным смещением металлические седла, не опасаясь трения и износа между металлическим диском и металлическим материалом седла. Благодаря металлическим компонентам эти клапаны подходят для применения в условиях высоких температур и давления. Однако за это преимущество приходится платить. Поворотные затворы с тройным смещением дороже в производстве из-за более сложной геометрии.

Технические характеристики дискового клапана

Ниже приведены типичные технические характеристики поворотных затворов. Обратите внимание, что эта информация предназначена только для общих целей, и производители и поставщики поворотных затворов могут использовать несколько иную терминологию при описании своих изделий или добавлять дополнительные параметры, не упомянутые ниже.

• Тип корпуса клапана — относится к типу корпуса, например, фланцевый, ушковый или вафельный.
• Материал корпуса — материал, из которого изготовлен корпус клапана, например, железо, нержавеющая сталь, алюминий, углеродистая сталь, ПВХ или ПХВХ.
• Материал диска — материал, из которого изготовлен диск клапана.
• Материал футеровки — для поворотных затворов с футеровкой материал, используемый в качестве футеровки или покрытия, например, резина, PFA или PTFE.
• Материал штока — материал, из которого изготовлен шток клапана.
• Материал седла — материал, из которого изготовлено седло клапана, например, EPDM, BUNA-N и т.д.
• Номинальное давление — максимальное давление, на которое рассчитан клапан.
• Номинальная температура — максимальная температура, при которой клапан рассчитан на работу.
• Коэффициент расхода Cv — показатель номинальной пропускной способности клапана, определяемый как объем воды (при 60oF) в галлонах в минуту, который может пройти через клапан при перепаде давления в 1 фунт на кв. дюйм.
• Размер клапана — размерные значения входного и выходного отверстий клапана.
• Тип привода — указывает стиль и тип приведения в действие клапана. Варианты включают такие варианты, как ручной уровень, ручной маховик, ручной маховик с зубчатой передачей, электрический, пневматический с пружинным возвратом или пневматический двойного действия, например.
• Тип среды — описывает характер среды, воздействию которой будут подвергаться компоненты клапана, например, агрессивные жидкости, масла, вода, сухой материал и т.д.
• Индикатор открытия-закрытия — обеспечивает считывание положения тарелки клапана.

Преимущества и ограничения поворотных затворов

Поворотные затворы обладают рядом преимуществ, которые стоит отметить:

1. Они хорошо подходят для запуска, остановки и регулирования потока
2. Они доступны в широком диапазоне размеров, включая большие размеры, в отличие от некоторых других типов клапанов
3. Они хорошо подходят для работы со шламами и жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы, благодаря большому отверстию клапана.
4. Многие конструкции более простые и используют меньше материалов, что делает их легкими вариантами
5. Они узкие и занимают меньше места при установке, их легко устанавливать, что экономит время и затраты на монтаж.
6. Они могут быть дешевле в приобретении и проще в обслуживании, что приводит к снижению эксплуатационных расходов
7. Они быстродействующие, поскольку являются четвертьоборотными клапанами и могут открываться и закрываться за меньшее время, чем некоторые другие конструкции клапанов.
8. Они создают небольшие перепады давления
9. При наличии подходящих седел они могут использоваться с химическими веществами и агрессивными средами

Однако у поворотных затворов есть несколько недостатков. Один из самых больших заключается в том, что по своей природе диск всегда находится на пути потока, в отличие от шаровых кранов, у которых в открытом положении нет препятствий для потока. Поэтому существует вероятность возникновения кавитации и дросселирования, а на движение диска может влиять турбулентность потока.

Заключение

В этой статье представлена информация о поворотных затворах, включая конструкцию и основные компоненты, различные типы, материалы, соответствующие спецификации и преимущества.