Трубопровідна арматура

Кутовий запірний клапан

Трубопрові́дна армату́ра — пристрої, що встановлюються на трубопроводах, агрегатах, посудинах під тиском і призначені для керування (вимкнення, розподілу, регулювання, скидання, змішування, розділення) потоками робочих середовищ (рідких, газоподібних, сипучих, суспензій тощо) шляхом зміни площі прохідного перерізу.

Конструктивні елементи трубопровідної арматури

ДСТУ 2611-94 дає такі визначення основним конструктивним елементам арматури:

• елемент перекривальний — частина затвора арматури, як правило, рухома та пов'язана з приводом, яка дає змогу у взаємодії із сідлом здійснювати керування потоком робочого середовища шляхом зміни прохідного перерізу;
• елемент регулювальний — частина затвора арматури, як правило, рухома та пов'язана з приводом, яка дозволяє у взаємодії із сідлом здійснювати керування параметрами потоку робочого середовища шляхом зміни прохідного перерізу;
• сильфон — тонкостінна одно- чи багатошарова гофрована трубка або камера;
• сідло — частина затвора арматури, що міститься у корпусі, охоплює потік робочого середовища та дає змогу у взаємодії із перекривальним (регулювальним) елементом повністю чи частково перекрити потік робочого середовища крізь арматуру або забезпечити потрібну характеристику потоку;
• шпиндель — деталь арматури, яка здійснює передачу зусилля та руху від привода обертової дії до перекривального (регулювального) елемента за допомогою сполученої із нею різьбової деталі;
• шток — деталь арматури, що здійснює передавання зусилля та руху від привода поступальної дії до перекривального (регулювального) елемента;
• привод арматури — пристрій для переміщення перекривального (регулювального) елемента, а також для створення у разі необхідності зусилля, що забезпечує потрібну герметичність затвора. Залежно від виду споживаної енергії привод може бути ручним, електричним (із використанням електродвигуна), електромагнітним (із використанням електромагніта), гідравлічним і пневматичним.

Види арматури

Запірна арматура на авіаносці USS Kitty Hawk

Запобіжний клапан

Зворотний клапан

За функціональним призначенням

• Перекривна (запірна) арматура — арматура для перекривання потоку робочого середовища. У тому числі:
  • спускна (дренажна) арматура — перекривна арматура, що призначена для скидання робочого середовища з місткостей (резервуарів), систем трубопроводів;
  • контрольна арматура — арматура для керування надходженням робочого середовища у контрольно-вимірювальну апаратуру та прилади.
• Регулювальна арматура — арматура для регулювання параметрів робочого середовища шляхом змінювання прохідного перетину. У тому числі:
  • редукційна (дросельна) арматура — арматура, що призначена для зниження (редукування) робочого тиску у системі шляхом збільшення гідравлічного опору протічної частини;
  • запірно-регулювальна арматура — арматура, що суміщає функції перекривної і регулювальної арматури.
• Захисна (відмикальна, відсічна) арматура — арматура для автоматичного захисту системи від недопустимих змінювань параметрів чи напрямку потоку робочого середовища та припинення потоку. У тому числі:
  • зворотна арматура — арматура, що призначена для автоматичного запобігання зворотному потоку робочого середовища;
  • швидкісна арматура — призначена для автоматичного запобігання перевищенню швидкості потоку робочого середовища.
• Запобіжна арматура — арматура для автоматичного захисту системи від підвищення тиску за межу робочого шляхом скидання надлишку робочого середовища, а також для припинення скидання в разі відновлення робочого тиску.
• Розподілювально-змішувальна арматура — арматура для розподілення потоку робочого середовища у визначених напрямках або для змішування потоків.
• Фазорозділювальна арматура — арматура для автоматичного розділювання робочих середовищ, що перебувають у різних фазових станах. У тому числі:
  • конденсатовідвідник — арматура, що видаляє конденсат пари та не пропускає або обмежено не пропускає саму пару.

За особливостями перекривального (регулювального) елемента

За напрямком руху перекривального (регулювального) елемента, його формою та способом керування у ДСТУ 2611-94 введено такі види трубопровідної арматури:

Дисковий затвор

Сферичний кран з ручним приводом і фланцевим способом монтажу

• засувка (засув) — вид арматури, в якій перекривальний (регулювальний) елемент переміщується впоперек до осі потоку робочого середовища, що проходить через прохідний переріз. За взаємним розташуванням поверхонь ущільнення поділяється на:
  • засув клиновий — засув з перекривальним (регулювальним) елементом, ущільнювальні поверхні якого розміщенні під кутом одна до одної;
  • засув паралельний — засув з перекривальним (регулювальним) елементом, ущільнювальні поверхні якого розміщенні паралельно одна до одної;
• затвор — вид арматури, в якій перекривальний (регулювальний) елемент обертається навколо осі, що не є його власною віссю, і який розташований під кутом до напрямку потоку робочого середовища, що проходить через прохідний переріз;
  • затвор дисковий — затвор, перекривальний (регулювальний) елемент якого має форму диска з діаметром, що приблизно дорівнює внутрішньому діаметру трубопроводу;
• клапан — вид арматури, в якій перекривальний (регулювальний) елемент зворотно-поступально переміщується паралельно до осі потоку робочого середовища, що проходить через прохідний переріз;
• кран — вид трубопровідної арматури, в якої перекривальний (регулювальний) елемент, що має форму тіла обертання або частини його з отвором для пропускання потоку робочого середовища, повертається довкола власної осі, довільно розташованій відносно напрямку потоку, що проходить через прохідний переріз. Поворотові перекривального (регулювального) елемента може передувати зворотно-поступальний рух. До цього виду належать:
  • кран конічний — кран, перекривальний (регулювальний) елемент якого має форму конуса;
  • кран сферичний — кран, перекривальний (регулювальний) елемент якого має форму сфери;
  • кран циліндричний — кран, перекривальний (регулювальний) елемент якого має форму циліндра.
• конденсатовідвідник за принципом керування перекривальним елементом буває:
  • термодинамічний — конденсатовідвідник, перекривальний елемент якого управляється аеродинамічним ефектом, що виникає за рахунок різниці термодинамічних властивостей водяної пари та конденсату в процесі проходження робочого середовища крізь затвор;
  • поплавковий — конденсатовідвідник, перекривальний елемент якого управляється за допомогою поплавка за рахунок різниці густини водяної пари та конденсату;
  • термостатичний — конденсатовідвідник, перекривальний елемент якого управляється шляхом зміни розміру термостата за рахунок змінювання тиску усередині останнього, спричиненого різницею температур водяної пари та конденсату в процесі проходження робочого середовища крізь затвор.

За галуззю використання

• Газова;
• Нафтова;
• Енергетична;
• Хімічна;
• Суднова;

та ін.

За принципом керування і приведення в дію

• Керована:
  • з ручним приводом;
  • з електро-, пневмо- чи гідромеханічним приводом.
• Що діє автоматично (автономна).

За конструкцією приєднувальних патрубків

• Фланцева.
• Муфтова.
• Штуцерна.
• Під приварювання.

Основні параметри трубопровідної арматури

Конструктивні

До основних конструктивних параметрів трубопровідної арматури належать:

• Номінальний діаметр DN (раніше «умовний прохід» D_у) — параметр, що використовується як характеристика, загальна для всіх компонентів трубопроводу, крім таких, що характеризуються зовнішнім діаметром або діаметром різьби. Номінальний діаметр приблизно дорівнює внутрішньому діаметру трубопроводу в мм. Номінальний діаметр не має розмірності, не підлягає контролю, не використовується при замовленні труб та розрахунках. Позначення номінального діаметра складається з літерного сполучення DN та числа, що вибирається з ряду, наведеного в ГОСТ 28338, яке приблизно дорівнює внутрішньому діаметру трубопроводу в мм.
• Конструктивна характеристика — параметр, що встановлює залежність зміни відносного прохідного перерізу арматури від ступеня її відкриття. Переміщення (хід) перекривального (регулювального) елемента арматури прийнято виражати у відносних одиницях

s = S / S_max,

де S — поточне переміщення перекривального (регулювального) елемента, S_max — переміщення перекривального (регулювального) елемента для повного відкриття арматури. Згідно з цим конструктивна характеристика виражається залежністю

F_s / F_max = f(s),

де F_s і F_max — площі прохідного перерізу при деякому положенні перекривального (регулювального) елемента s і при повному його відкритті (s = 1), відповідно.

• Довжина будівельна — довжина ділянки трубопроводу, що її заміщує арматура, мм.

Експлуатаційні

До основних експлуатаційних параметрів відносяться:

• Тиск, а саме:
  • номінальний тиск — літерно-числове позначення, що характеризує надлишковий тиск, за якого забезпечується заданий термін служби арматури та з'єднань трубопроводу за температури робочого середовища 293 К (20 °C). Позначення номінального тиску складається з літерного сполучення PN та числової частини, що є значенням тиску в кгс/см², на яких проведено розрахунок на міцність арматури та з'єднань трубопроводів за характеристиками міцності вибраних матеріалів, що відповідають температурі 293 К (20 °C);
  • робочий тиск — найбільший надлишковий тиск, за якого забезпечується заданий термін служби арматури та з'єднань трубопроводів за температури робочого середовища, що відрізняється від 293 К (20 °C). Робочий тиск залежно від матеріалу, конструкції та температури робочого середовища вибирають із таблиць «Робочий тиск / Температура робочого середовища», що наведені у відповідних стандартах;

Слід зазначити, що до введення у дію ДСТУ 3543-97 відповідно до ГОСТ 356-80 арматура і з'єднувальні частини трубопроводів характеризувалися умовним, випробувальним і робочим тиском. Залежно від умовного тиску арматуру ділили на три основні групи: низького тиску (до 1 МПа); середнього тиску (1…6,4 МПа) і високого тиску (6,4…40 МПа).

• Пропускна спроможність K_V — в м³/год рідини з густиною 1000 кг/м³ при перепаді тиску на арматурі у 100 кПа у тому числі:
  • умовна пропускна спроможність K_Vy — номінальне значення пропускної спроможності при максимальному (умовному) ході затвора, виражене у м³/год.
• Пропускна характеристика (внутрішня або ідеальна) встановлює залежність пропускної спроможності від переміщення перекривального елемента s при постійному перепаді тиску у 100 кПа :

K_Vs / K_Vy = f(s).

Трубопровідна регулювальна арматура, що серійно випускається зазвичай має лінійну або рівнопроцентну пропускну характеристику.

При лінійній пропускній характеристиці приріст пропускної спроможності є пропорційним до переміщення перекривального елемента:

dK_V / ds = C,

де C — константа.

При рівнопроцентній пропускній характеристиці відношення відносного приросту пропускної спроможності до відносного переміщення перекривального елемента є величина стала:

(dK_V /К_V)/ds = C.

• Витратна характеристика μ — пропускна характеристика арматури у робочих умовах і є залежністю відносної витрати середовища від ступеня відкриття перекривального елемента:

μ = f(s),

де μ = Q_s/Q_max — витрата середовища при положенні перекривального елемента s, Q_max — витрата середовища при повністю відкритому перекривальному елементі (s = 1).

Крім згаданих вище, до експлуатаційних характеристик також належать:

• Температура експлуатації.
• Вибухобезпечність.
• Герметичність.
• Корозійна стійкість.
• Тип привода.
• Необхідний крутильний момент для керування арматурою.
• Інтервал часу спрацювання та ін.

Будівельно-монтажні

До основних будівельно-монтажних параметрів відносяться:

• Будівельні (монтажні) довжина і висота.
• Маса.
• Тип і конструктивні розміри приєднання до трубопроводу.

Галерея трубопровідної арматури

• 
  Клапан
• 
  Вентиль з ручним керуванням
• 
  Чавунний клапан із заслінкою
• 
  Кульовий(сферичний) кран
• 
  Неіржавний запірний кран
• 
  Неіржавний запірний кран
• 
  Зворотні клапани
• 
  Кульовий (сферичний) кран
• 
  Запірний кран
• 
  Зворотний клапан
• 
  Кульовий (сферичний) кран з неіржавної сталі
• 
  Запірний кран 254 SMO для кріогенних температур
• 
  Запірний елемент титанового кульового (сферичного) крана
• 
  Кульові (сферичні) крани двосторонньої дії

Джерела

• Гуревич Д. Ф. Трубопроводная арматура: Справочное пособие. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1981. — 368 с.
• Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник. / Под общей редакцией С. И. Косых — Л.: Машиностроение, 1982. — 320 с.
• Кижнер А. Х. Ремонт трубопроводной арматуры электростанций: Учеб. пособие для проф. обучения рабочих на производстве. — М.: Высш. школа, 1986. — 144 с.
• Котелевский Ю. М., Мамонтов Г. В. и др. Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа. Изд. 2-е и доп. — М.: Недра, 1976. — 496 с.
• Якимів Й. В. Машини і обладнання газонафтопроводів та газонафтосховищ: Навчальний посібник. — Івано-Франківськ: Факел, 2001. — 203 с.
• Середюк М. Д., Якимів Й. В., Лісафін В. П. Трубопровідний транспорт нафти і нафтопродуктів: Підручник. — Івано-Франківськ: Факел, 2001. — 517 с.