Засувки на протязі довгого часу є одним з найбільш затребуваних типів трубопровідної арматури. Їх головний конструктивний ознака ─ переміщається перпендикулярно до осі потоку робочого середовища запірний або регулюючий елемент. (Говорячи «регулює», не можна не помітити, що через особливості своєї конструкції в якості регулюючої арматури засувки застосовуються досить рідко, набагато частіше будучи запірною арматурою).
Один з найбільш поширених конструктивних варіантів засувок ─ засувка клинова. Вона була винайдена приблизно в середині XIX століття ─ патент на клинову засувку був виданий в Німеччині в 1862 році.
Затвор клиновий засувки включає рухливий елемент, який має форму клина (звідси і її назва), і два нерухомих сідла. Сідла можуть укручуватися або вваривать в корпус. Ущільнювальні поверхні затвора клиновий засувки розташовані під кутом один до одного.
Переваги клинових засувок:
● малий гідравлічний опір при повністю відкритому проході;
● відносно не складний пристрій засувки клинової обумовлює її надійність і простоту обслуговування;
● рух робочої середовища в різних напрямках;
● велике число виробників і моделей клинових засувок, що полегшує оптимальний вибір як по експлуатаційним параметрам засувки, так і за її ціною;
● універсальність ─ можливість експлуатації при різних значеннях температури і тиску;
● відносно невелика будівельна довжина.
Жорсткий клин ─ це цілісний клин, диски якого нерухомі відносно один одного. Модифікація цільного клина ─ пружний клин, в якому зв'язок між дисками не жорстка, а пружна. Дводисковий клин складається з двох дисків, розташованих під кутом один до одного і з'єднаних між собою. У деяких класифікаціях як окремого типу розглядають цілісний клин з фторопластовим ущільненням.
Клин ─ надзвичайно відповідальний вузол клиновий засувки, відчуває сильні механічні напруги, величина яких залежить як від гідродинамічних параметрів потоку робочого середовища, так і від ступеня закриття засувки. У момент відкриття засувки напруги в зацепах досягають граничних значень, і тільки після того як прохідний перетин прочиниться на 5%, вони починають зменшуватися. Поломка клина ─ основна причина виходу клинових засувок з ладу. Якщо при відкритті засувки частіше пошкоджуються зачепи клина, то при закритті ─ посадочне місце клина.
Твердість поверхні клина повинна бути трохи вище твердості ущільнювальної поверхні корпусу.
Залежно від використовуваного в затворі клина виділяють кілька конструктивних виконань клинових засувок:
● засувка з жорстким клином;
● засувка з пружним клином.
Засувкою з пружним клином називають не тільки засувку, що замикає елемент якої складається з дисків, з'єднаних між собою пружним елементом. Клинова засувка, в рухомому елементі затвора якої зв'язок між дисками жорстка, проте існує можливість їх деформації з метою поліпшити ущільнення в затворі, теж носить назву «засувка з пружним клином».
Кожне з конструктивних виконань клинових засувок має свої особливості.
Тим, хто має широке поширення засувок з жорстким клином властива висока функціональність і хороша герметичність в трубопровідних системах, які переміщують широкий спектр робочих середовищ. Наприклад, низькотемпературні гази або навіть забруднені середовища, з якими вони справляються краще паралельних засувок. Втім, для того, щоб цю герметичність забезпечити, потрібна ретельна, з використанням трудомістких і технологічно складних операцій, підгонка клина і сідел. Для того щоб додатково підвищити герметичність, використовуються вторинні еластичні ущільнювачі. Гідність цільного клина ─ стійкість в перехідних режимах, тоді як дводисковий клин при відкритті-закритті засувки може відчувати вібрації.
При застосуванні жорсткого клина відзначається прискорений знос ущільнюючих поверхонь, особливо при частій зміні положень «відкрито» і «закрито». Крім того, не можна виключати небезпека заїдання клина в закритому положенні, особливо, якщо той перебуває в ньому досить довго. Також причинами заїдання клина можуть бути корозія, знос, теплове розширення під дією високих температур. Трапляється, що в спробах «зірвати» з місця «застиглий» клин, згорає електромотор електроприводу.
У клинових дводискових засувках, завдяки здатності дисків до самоустановки, немає необхідності в настільки ретельній як в попередньому випадку підгонці ущільнюючих поверхонь один до одного, а, значить, допустима менша точність виготовлення. У таких засувках легше відновити щільність затвора при зношуванні ущільнюючих поверхонь дисків. У них дуже хороші показники герметичності, менше знос і величина зусилля, необхідного для закриття засувки, нижча ймовірність заклинювання.
Але «розплатою» за ці переваги є великі розміри, маса і металоємність дводискових засувок в порівнянні з засувками, в яких використаний жорсткий клин. Знизити металоємність дозволяє використання пружного клина, логічним продовженням якого дводисковий клин власне і є.
Пружний клин, що вимагає невеликих керуючих зусиль, дозволяє зробити засувку герметичній по обидва боки при широкому діапазоні значень температури і тиску робочого середовища. Особливо відчутні переваги пружного клина при високій температурі і тиску. Клинові засувки з пружним клином успішно функціонують на трубопроводах, що транспортують нафту і природний газ з високою температурою і тиском. Але з робочими середовищами, які мають в своєму складі механічні домішки, клинові засувки з пружним клином справляються гірше.
Резюмуючи, можна відзначити: засувки з жорстким цільним клином менш металомісткі, зате більш трудомісткі у виготовленні, ніж дводискові. Дводискові більше за розмірами і важче, але робити їх простіше. Засувки з розрізним пружним клином ─ свого роду компроміс між цими двома парами крайнощів.
Різьбова частина шпинделя клиновий засувки з невисувними шпинделем розташована всередині корпусу, і тому весь час контактує з робочим середовищем. У цьому є свої недоліки: постійне корозійне і абразивну дію робочого середовища, утруднений доступ для технічного обслуговування. Зате засувка клинова з невисувними шпинделем має меншу будівельну висоту. Компактність робить застосування таких засувок зручним в умовах обмеженого простору, наприклад, монтажу в підземних комунікаціях, колодязях, нафтовидобувному обладнанні.
Засувка клинова з висувним шпинделем (штоком) дозволяє контакт з робочим середовищем виключити. При її відкритті шпиндель (шток) здійснює обертально-поступальний (шток ─ поступальний) рух щодо осі приєднувальних патрубків, а знаходиться поза корпусом засувки різьблення шпинделя при відкриванні висувається назовні. Менше зношується сальникове ущільнення, завжди відкритий доступ до різьбовій парі. Зворотний бік цих переваг ─ збільшення будівельної висоти і маси засувки.
Матеріали для виготовлення клинових засувок
Корпусні деталі клинових засувок виготовляються з чавуну, вуглецевої і нержавіючої сталі, сплавів кольорових металів.
Засувки чугунние─ один з найбільш «заслужених», мають тривалий стаж роботи, типів трубопровідної арматури, що лежав біля витоків сучасного арматурного виробництва. Засувка чавунна клинова може мати корпус, виготовлений з сірого чавуну або високоміцного чавуну з кулястим графітом. Для захисту від впливу зовнішнього середовища використовують різні полімерні покриття ─ епоксидні, поліуретанові і ін.
Що володіють високою механічною міцністю засувки сталеві застосовують при високих значеннях параметрів (тиск і температура) робочого середовища і великих діаметрів трубопроводу. Для використання в трубопровідних системах, які переміщують агресивні середовища, використовують клинові засувки з нержавіючої сталі. Засувка сталева клинова може мати литий, штампований, штампозварні корпус.
Для виготовлення корпусних деталей невеликих клинових засувок, які використовуються в системах опалення та водопостачання, а також для переміщення стисненого повітря, рідких вуглеводнів і цілого ряду інших середовищ, використовують мідні сплави ─ латунь і бронзу. Засувка латунна клиновая використовується при температурі до 150-200 O C.
Клин виготовляють з чавуну і сталі. Він може бути гумовим, наприклад, покритим EPDM (Ethelene Propelene Diene Elastomer) ─ каучуком на основі етилену та дієнового мономера. Прогумований клин клинових засувок використовують з кінця п'ятдесятих років XX століття.
Ущільнювальні поверхні клиновий засувки можуть бути виконані «метал по металу», в т. Ч. З використанням твердих наплавлень, лазерного зміцнення, плазмового напилення. Застосовуються фторопластові кільця, запресовані в метал, або суцільні фторопластові покриття. Для управління корозійно-агресивними або особливо чистими (наприклад, питна вода) середовищами застосовується м'яке ущільнення.
Способи приєднання до трубопроводу, привід
Найпоширеніший варіант приєднання клинових засувок до трубопроводу ─ засувка клинова фланцева, що закріплюється за допомогою болтів або шпильок. Для клинових засувок з чавуну фланцеве кріплення ─ фактично єдино можливий спосіб.
Сталеві клинові засувки можуть приєднуватися до трубопроводу за допомогою зварювання, досить поширений варіант для невеликих засувок ─ засувка клинова муфтова. Клинові засувки з кольорових металів можуть приєднуватися до трубопроводу за допомогою різьбових з'єднань, фланців і зварювання (при відповідному для цього матеріалі труби).
Клинові засувки оснащуються ручним приводом (тип управління ─ маховик), як привід використовується редуктор (конічний, циліндричний). Спосіб, що дозволяє забезпечити високий рівень автоматизації трубопровідних систем, ─ засувка клинова з електроприводом. Для управління клиновими засувками використовуються пневматичний і гідравлічний приводи.
Асортимент клинових засувок, що випускаються великою кількістю російських і зарубіжних компаній, відрізняється різноманітністю. Від правильного вибору конструкції і параметрів, представлених в ньому моделей, в значній мірі залежить безвідмовне і безаварійне функціонування технологічних блоків і трубопровідних систем в електроенергетиці, нафтогазовидобувної та хімічної промисловості, в комунальній сфері та багатьох інших галузях економіки. Скрізь, де клинові засувки використовуються для управління потоками різноманітних робочих середовищ, включаючи воду, пар, нафту, нафтопродукти, природний газ, мінеральні масла, різноманітні хімічні речовини, включаючи робочі середовища з високою температурою і великим робочим тиском середовища.
Поліпшенню експлуатаційних параметрів клинових засувок сприяють вдосконалення методів їх розрахунку і проектування, використання сучасних матеріалів і технологій, збільшення частки в загальному обсязі клинових засувок спеціалізованих виробів, призначених для конкретних умов експлуатації. І хоча в даний час фахівці відзначають тенденцію деякого збільшення частки арматури поворотного типу і зниження частки зворотно-поступальної арматури, потенціал клинових засувок залишається величезним, а потреба в них тільки збільшується.