В нынешнее время невозможно вообразить себе ни одно серьезное производство без регулирующей или запорной арматуры. Да что там производство, даже обычные тепловые сети или водогонные магистрали не смогут функционировать без, казалось бы, таких простых элементов.
В этой статье мы немного расширим свой кругозор и вспомним основные значимые даты, которые стали важными в процессе эволюции трубопроводной арматуры до уже привычного нам вида.
Этапы развития трубопроводной арматуры
Археологические раскопки показали, что еще в 3000 году до нашей эры человечество уже полным ходом применяло задвижки. Это кажется просто невероятным, согласитесь. Также найдены описания сооружений, которые были сделаны в древнем Риме и Египте, имеющие упоминания такой арматуры в системах водоснабжения.
Получается, что даже в то время инженеры конструировали трубопроводные системы с запорными устройствами и успешно их эксплуатировали. Из описаний тех времен стало также известно, что в акведуках применялись пробковые краны, изготовленные из бронзы и латуни. Также этот факт подтверждают и проведенные раскопки на месте дворцов Капри и Тиберия.
Необходимо отметить, что настоящий бум на запорную арматуру произошел в девятнадцатом веке, в период промышленной революции. В то время были сконструированы и успешно внедрены в производство задвижки с параллельными и клиновыми плашками. В простонародье плашками называют клинья задвижек, также можно услышать такие выражения как щечки и диски. Конструкция таких задвижек имела сальниковое уплотнение на штоке, которое выполняло функцию герметизации. Прижимался сальник обычной грундбуксой с помощью гайки на шпильках.
Так как в то время системы окраса были несовершенными, это приводило к возникновению сильных очагов коррозии, что, в свою очередь, вело к тому, что ремонтопригодность таких элементов становилась крайне низкой, особенно если они располагались на открытом пространстве.
Конструктивный прорыв произошел в конце 50-х годов, когда была изобретена упругозапирающая арматура. Ее особенностью было наличие обрезиненного клина, который позволила создать современная технология вулканизации. Это изобретение полностью изменило мировые стандарты такой продукции. Задвижки с обрезиненным клином отличались минимальным техническим обслуживанием, а также новым штоком, который обладал антикоррозионными свойствами. Их можно было успешно эксплуатировать даже в условиях повышенной влажности – в подвалах, распределительных и магистральных подземных сетях, а также под открытым небом.
1967 год ознаменовался модификацией существующих разработок. Разработчикам удалось уменьшить монтажную длину, сделав ее более компактной. Также была усовершенствована технология покраски, что привело к увеличению сроков эксплуатации запорной арматуры. Именно такая продукция эксплуатировалась вполне успешно до 1998 года. Тогда произошла конструктивная трансформация, которая коснулась улучшения герметизации штока и хода клина. Приблизительно в это же время были разработаны новые антикоррозионные покрытия, которые значительно продлили срок службы арматуры.
Со временем для лучшей эксплуатации ручное управление дополнилось приводами – электрическими и пневматическими. Это позволило эксплуатирующему персоналу управлять ими удаленно. В настоящее время в качестве материала применяется углеродистая и нержавеющая сталь, а также чугун, последний получил большее распространение благодаря своим свойствам (пластичности, не боязни коррозии и пр.). Крепится к трубопроводам они могут за счет фланцевых соединений или сварки.
За последнее десятилетие начали выпускаться запорные устройства из самых разнообразных материалов, таких, как латунь, синтетический каучук, пластмасса. Все они имеют свои индивидуальные параметры эксплуатации: условное сечение (диаметр) и допустимое давление. На производствах можно встретить такие элементы, которые также классифицируются по давлению на:
- Низкого 1 — 1,6 МПа;
- Среднего 2,5 МПа;
- Высокого 4,2 Мпа и более.
Каждая задвижка на своем корпусе должна обязательно содержать эти характеристики, а также клеймо завода изготовителя.
Классификация устройств по типу запорного элемента трубопроводной арматуры.
Разнообразие трубопроводной отсекающей арматуры велико, поэтому для начала попробуем разобраться с конструкционными различиями затвора. Нужно отметить, что выполнение аналогичных функций может происходить разными элементами, с разным принципом действия затвора.
Перечислим основные виды:
- Задвижка. Вдоль уплотнительных колец с поступательным движением перемещается уплотнительный клин. В действие его приводит шток. К преимуществам таких устройств относят малое гидравлическое сопротивление. К недостаткам: в загрязненных средах быстро изнашивается клин и уплотнительные кольца, зачастую для закрытия/открытия необходимо приложить много усилия, поэтому на больших диаметрах используется редуктор, срабатывание происходит медленно;
- Вентиль. Его затвор обладает перпендикулярным движением относительно уплотнительной поверхности. Плюсы вентилей: высокая герметичность, малые габаритные размеры. Минусы: высокое гидравлическое сопротивление, необходимость сильного усилия при закрытии, противодавление среды. Такие элементы на своем корпусе имеют направление движения потока;
- Кран. Яркий представитель таких устройств – шаровый кран. У него затвор имеет форму шара, который выполняет вращательное движение относительно своей оси и вдоль уплотнительных колец. Его преимуществом является оперативное срабатывание, приемлемые габариты, хорошая герметизация, минимальное гидросопротивление, рабочая среда не создает противодавления. Недостатками являются быстрый износ герметизирующих механизмов на абразивных и загрязненных средах, поэтому для них используют краны специального исполнения, но самым важным недостатком всё же является невозможность регулировать поток, и хотя есть разработки, позволяющие регулировать поток шаровым краном, но в большинстве случаев это только запорная арматура;
- Поворотный затвор типа «баттерфляй». Очень простая арматура, имеет крайне малую строительную длину и невысокую цену. Плюсы: быстрое срабатывание, низкое сопротивление, компактность, низкое усилие закрытия, возможность применения, как на жидких, так и на газообразных средах. Минус – имеет низкую герметичность и невысокий срок службы.
Однако стоит отметить, что этих минусов лишены «баттерфляи» с двойным и тройным эксцентриситетом, которые являются лидерами по герметичности, а также имеют возможность регулировать поток.
Виды выпускаемых запорных устройств
В этом разделе мы подробнее рассмотрим наиболее востребованную трубопроводную арматуру.
Задвижки
 | Это наиболее популярные запорные элементы. Они могут иметь запорный элементв виде клина, диска, а также листа. Он перемещается к уплотнительным кольцам в перпендикулярном направлении за счет инерции штока. Различают проходные и суженые задвижки, последние оснащены уплотнительными кольцами с диаметром немного меньшим, чем сечение трубопровода. |
Что касается геометрии клина, то разделяют их на:
- Параллельные. Имеющиеся уплотнительные поверхности на затворе располагаются параллельно, и могут быть двух и однодисковые;
- Клиновые. В них затворы выполняются в виде клина, а уплотнительные поверхности располагаются под углом относительно друг друга. Для более надежного перекрытия трубопровода используется обрезиненный клин, который безотказно работает как в чистой воде, так и в жидкостях с примесями или сточных водах.
Могут также быть различия и по штокам (шпинделям), тут они классифицируются на:
- с выдвижным шпинделем;
- с не выдвижным шпинделем.
В первом случае во время открытия шток выходит наружу, а во втором — он уходит вовнутрь элемента.
Наиболее часто они встречаются изготовленными из чугуна или стали. Хотя при работе с агрессивными средами (солевыми растворами, кислотами) могут применяться задвижки из нержавеющей стали, а также пластиковые или латунные аналоги.
Вентили
 | Клапан устройства перемещается перпендикулярно седлу, тем самым исключается трение между уплотнительными поверхностями. В качестве прокладки на клапане может использоваться термостойкая техническая резина либо фторопласт. Такие устройства могут выпускаться с фланцевыми соединениями или резьбовыми. |
Обратите внимание, что вентили можно эксплуатировать только в определенном направлении. Поток рабочей среды должен давить под клапан со стороны седла. Если выполнить установку неправильно, то давление перемещаемой среды будет давить на клапан сверху, открыть такую арматуру будет затруднительно, к тому же, возможна течь из уплотнительного сальника.
Поворотный затвор типа «Баттерфляй»
 | В большинстве случаев монтаж такой арматуры выполняется на трубопроводах с большими сечениями, а также там, где требуется минимальная строительная длина и вес. Именно поэтому их задействуют в вентиляционных системах, кондиционировании и газоходах. Для трубопроводов с повышенными требованиями к герметичности и надежности устанавливают двух- и трехэксцентриковые заслонки, которые от обычных баттерфляев отличаются тем, что запирающий диск не просто вращается вокруг своей оси, но и смещается относительно её, что позволяет открывать и закрывать поток без трения об уплотнитель, без дополнительных усилий и с большей точностью и надежностью регулировать поток. |
Краны
 | Если сравнивать их с вентилями или задвижками, то для закрытия понадобится только четверть поворота шпинделя. Именно по этой причине краны комплектуются не маховиками, а рукоятками. Они могут иметь несколько рабочих положений и разделяются на:
|
Также они имеют классификацию по форме тела вращения. Различают шаровые, конусные и цилиндрические.
Изготавливаются такие краны обычно из черной или нержавеющей стали, чугуна или латуни, а присоединяться к трубопроводу могут разнообразными способами — фланцевым, межфланцевым, приварным или муфтовым соединением.
Итак, вы сами можете убедиться, что запорные устройства обладают длинной историей. Начиная с 3000-го года до нашей эры инженеры применяли ее повсеместно. Как показали археологические раскопки, материалы изготовления были самыми разнообразными. Шли века, запорная арматура улучшалась и к нашему времени она модифицировалась практически до идеального конструктивного состояния.
Современные инженеры получили то, о чем так мечтали их коллеги несколько тысячелетий тому назад. Такое развитие арматуры в наши дни позволяет качественно организовывать работу больших металлургических заводов, ТЭЦ, АЭС и гражданских инженерных систем.