Основные виды, типы и разновидности молочной арматуры

Трубопроводной арматурой называются узлы и детали, которые ставятся на трубы и емкости с целью управления потоком рабочей среды посредством изменения направления ее движения или проходного сечения. Молочная арматура – это обиходное название тех же устройств, при их использовании в пищевой промышленности, в первую очередь, на фермах и молзаводах.

Виды молочной арматуры

Основные виды арматуры, согласно ее функциональному назначению:

• Запорная. Служит для полного перекрытия трубопровода. Разные типы устройств работают с различной степенью герметичности.

• Обратная. В автоматическом режиме предотвращает течение жидкости в обратную сторону.

• Предохранительная. Для защиты труб и оборудования от давления выше максимально допустимого. Сбрасывает часть жидкости из системы. Работает автоматически.

• Распределительно-смесительная. Разделяет общий поток на несколько частных, текущих в разных направлениях, либо наоборот. Если выполняет только одну функцию, то называется разделительная или смесительная.

• Регулирующая. Для неполного перекрытия проходного сечения, с целью изменения расхода.

• Фазоразделительная. Для деления рабочей среды на составляющие, которые имеют разную плотность или находятся в различном фазовом состоянии.

• Отключающая. Перекрывает трубопровод при изменении давления либо превышении заданной скорости течения потока.

Помимо перечисленных выше основных видов, есть комбинированные: запорно-регулирующая, запорно-обратная, невозвратно-запорная и невозвратно-управляемая. К ним относятся устройства, способные выполнять две различные функции, либо механизмы с дополнительными опциями.

Кроме того, на трубопроводах используются фитинги. Это соединительные детали, которые ставятся в местах поворотов, разветвлений или переходов на другой диаметр: углы, отводы, коллекторы, тройники, крестовины, муфты, переходники, заглушки, штуцеры. Они не являются механическими устройствами, но на практике их также нередко относят к арматуре.

Типы запорной арматуры

В зависимости от конструкции рабочего органа и направления его движения, запорная арматура молочная делится на четыре типа:

• Задвижка (рис. 1). Шибер в виде круглой или овальной металлической пластины передвигается перпендикулярно направлению потока жидкости и закрывает трубу.

• Клапан (рис. 2). Золотник («тарелка») перемещается к седлу параллельно потоку жидкости, запирая его.





• Кран (рис. 3). Тело вращения (шар, цилиндр или усеченный конус) с горизонтальным сквозным отверстием поворачивается вокруг своей оси и закрывает проходное сечение.

• Дисковый затвор (рис. 4). Запорный элемент в форме диска поворачивается вокруг своей оси, чтобы лечь в седло и тем самым перекрыть движение рабочей среды.

У каждого типа есть свои технические особенности, достоинства и недостатки, от которых зависит его применение.

Разновидности арматуры

Регулирующая

К регулирующей арматуре относятся клапаны и регуляторы. В зависимости от вида системы связи, для управления первыми применяется мембранный (при пневматической) либо электромоторный (при электрической) привод. Возможно наличие дублирующих ручных устройств и сигнализаторов концевых положений. Для приведения в действие последних используется энергия рабочей среды.

Клапаны делятся на нормально открытые и нормально закрытые. Тип устройства зависит от положения затвора при отсутствии энергии от внешнего источника. Также они делаются односедельные (рис. 5) или двухседельные (рис. 6). Клеточный клапан имеет неподвижный затвор (клетку) с перфорацией для пропуска жидкости. Двигающийся внутри нее плунжер перекрывает часть отверстий, изменяя общую площадь сечения. У игольчатого клапана затвор сделан в виде узкого конуса.

Кроме того, клапаны бывают:

• Избыточного давления.

• Распределительные.

• Смесительные.

• Редукционные, для снижения давления, за счет повышения гидравлического сопротивления.

• Перепускные, для снижения избыточного напора «до себя».

Клапаны могут работать на поддержание не только заданного давления, но и температуры – терморегулирующие.

Регуляторы (рис. 7) делятся на аппараты прямого и непрямого действия. В первом случае, для управления затвором, дополнительные механизмы не требуются. Во втором – применяются импульсные устройства. Модели, поддерживающие необходимое давление, могут делать это на участке трубопровода «до себя» или «после себя». По конструкции они могут быть пружинные или рычажно-грузовые, с поршнем либо мембраной. Выбор зависит от назначения, условий работы, предъявляемых требований и габаритов. Кроме того, используются регуляторы стабилизации расхода, температуры рабочей среды или уровня жидкости. А также – перепада давления. Есть комбинированные модели на два или три параметра.

Предохранительная

Предохранительная арматура ставится для того, чтобы давление в трубопроводе не поднималось выше допустимого предела. К этому типу оборудования относятся перепускные и предохранительные клапаны, а также различные устройства на их основе: импульсно-предохранительные, мембранно-разрывные и мембранно-предохранительные. Данная аппаратура действует по принципу сброса избытка среды из системы.

По производительности предохранительные клапаны делятся на мало-, средне- и полноподъемные. Категория зависит от отношения полного хода затвора к диаметру седла. В первом случае это не более 1/20, во втором – от 1/20 до ¼, в третьем – ¼ и выше. Малоподъемные (рис. 8) выпускаются пружинные или грузовые, в зависимости от того, какая деталь (пружина или груз) создает усилие, противодействующее давлению рабочей среды. Первые обычно односедельные. Вторые могут быть одно- или двухседельными (одно- либо двухрычажными). Малоподъемные клапаны широко распространены вследствие того, что они имеют простую конструкцию и не нуждаются в специальной регулировке. Но для вариантов с противодавлением на выпуске они не подходят. К тому же, отличаются меньшей производительностью, чем полноподъемные (рис. 9), поэтому ставятся, как и среднеподъемные, на системах с небольшими расходами.

Кроме пружинных и грузовых, по способу нагрузки запорного органа клапаны бывают рычажно-пружинные, рычажно-грузовые и газовые. У последних усилие, противодействующее напору жидкости, создается сжатым газом, который действует на затвор через поршень, сильфон или мембрану.

У клапана прямого действия усилие, создаваемое рабочей средой, передается непосредственно на запорный узел, без вспомогательных механизмов. Для управления клапаном непрямого действия ставится дополнительный импульсный клапан, либо используется вспомогательная энергия.

Предохранительные клапаны выпускаются разных типов:

• Пропорциональный. Степень открытия запорного органа соответствует увеличению давления жидкости. Такие лучше подходят для несжимаемых сред (вода и прочие). Двухпозиционный – может быть только полностью открыт или полностью закрыт. Особенно хорошо работает на сжимаемых средах.

• Температурный. Открывается при нагреве рабочей среды выше допустимого.

• С подрывом. Имеет механизм пробного срабатывания (подрыва) при определенных значениях давления.

И другие. Малоподъемные клапаны относятся к пропорциональным, полноподъемные – двухпозиционные, среднеподъемные могут принадлежать к обеим группам.

Защитная

Защитная арматура необходима для того, чтобы отключить определенный участок с целью предотвращения аварийной ситуации. От предохранительной, которая при повышении давления в трубопроводе открывается, защитная отличается тем, что, при возникновении критических условий, она закрывается. К защитной арматуре относится обратная и отключающая (отсечная).

Обратная

Назначение данного вида арматуры – предотвращение в автоматическом режиме течения жидкости в обратную сторону. Она работает, как в аварийных, так и в штатных ситуациях. К данной группе устройств относятся обратные клапаны (рис. 10) и обратные дисковые затворы (рис. 11) следующего типа:

• Запорно-обратный.

• Приемный – монтируется перед насосом.

• Невозвратно-запорный – возможно принудительное закрытие.

• Невозвратно-управляемый – допускает принудительное закрытие или открытие.

Обратный клапан может быть подъемным или осесимметричным. В первом случае затвор движется перпендикулярно потоку рабочей среды, во втором – соосно патрубкам. Обратные клапаны и затворы – это аппараты прямого действия, поскольку они срабатывают только от давления жидкости.

Конструктивно обратный клапан чаще всего представляет собой устройство, в котором золотник, под действием собственного веса (может быть усиление в виде пружины), плотно прилегает к седлу, перекрывая проходное отверстие. Рабочая среда, двигаясь под напором, приподнимает его и течет к выпускному патрубку. При понижении давления запорный орган снова ложится на прежнее место. Если жидкость пойдет в обратную сторону, то она только еще сильнее прижмет золотник к седлу.

На трубах небольшого диаметра и для чистых сред могут, кроме золотниковых, применяться поршневые или шаровые обратные клапаны.

Главное преимущество обратных дисковых затворов (раньше они назывались клапаны обратные поворотные), по сравнению с клапанами, заключается в возможности их установки на трубы большого ДУ и более надежная работа с загрязненной рабочей средой. При диаметре запорного диска более 400 мм., затвор оборудуется демпфером, чтобы исключить поломку устройства из-за сильного удара об седло при срабатывании.

Отключающая (отсечная)

Отключающая арматура ставится для того, чтобы иметь возможность, в случае аварии, быстро изолировать поврежденный участок трубопровода или оборудование и прекратить истечение рабочей среды. Это особенно важно при работе с токсичными жидкостями.

Главная особенность отключающей арматуры – минимальное время срабатывания. Согласно действующего ныне ГОСТ 24856-2014, в разделе 5.8 к данному типу относится отключающий (скоростной) клапан, который перекрывает поток в случае превышения скорости течения, из-за чего меняется перепад давления на затвор, либо «в случае изменения заданной величины давления». На практике специалисты нередко выделяют в отдельную группу отсечную арматуру (о которой в ГОСТе не говорится) – она способна мгновенно закрыть трубу при резком падении напора (например, при разрушении магистрали). Но, определение в разделе 5.8 ГОСТ 24856 подходит также и для этого случая, так как изменение давления допускается и в меньшую сторону.

Конструктивно отключающие клапаны могут быть пружинными либо грузовыми, для регулируемого или нерегулируемого расхода жидкости. По типу герметизации – с сильфоном и без него.

Пружинные клапаны более популярны, чем те, в которых затвор срабатывает под тяжестью груза, так как их можно монтировать в любом положении, не учитывая силу земного притяжения. Кроме того, они менее инерционны.

Разделительная (фазоразделительная)

Фазоразделительная арматура применяется для разделения компонентов рабочей среды, находящихся в различных фазовых состояниях (вода – пар) или с разной плотностью. К ней относятся воздухоотводчики (вантузы) и конденсатоотводчики. Маслоотделители в ГОСТ 24856-2014 не упоминаются. В ГОСТ Р 51109-97 о них сказано, что это приспособление, «служащее для отделения капель масла, содержащихся в газовой среде», поэтому официально к молочной арматуре они не относятся.

Воздухоотводчики могут быть ручными или автоматическими. Среди первых популярен кран Маевского (рис. 12). В латунном корпусе 1 расположен поплавок 2, который через рычаг 3 соединяется с игольчатым клапаном 4. Для управления клапаном предусмотрен запорный винт. Для стравливания воздуха, надо отвернуть его на несколько оборотов, чтобы приоткрыть клапан. Автоматические вантузы также работают по поплавковой схеме. Если скапливается избыточное количество воздуха, то он вытесняет воду, поплавок опускается и приоткрывает клапан, через который воздух уходит из трубы.

Конденсатоотводчики служат для удаления конденсата так, чтобы при этом не пропускать водяной пар. Они делятся на аппараты непрерывного или периодического действия. По типу запирающего органа эти устройства могут быть:

• Механический поплавковый. В зависимости от наличия либо отсутствия конденсата, поплавок открывает или закрывает затвор.

• Термодинамический. Используется различие термодинамических свойств водяного пара и конденсата, во время прохождения рабочей среды через затвор. Вариант – лабиринтный. В нем система отсеков с перегородками создает гидравлическое сопротивление, большое для пара, но проходимое для конденсата.

• Термостатический. Термостат или биметаллическая пружина срабатывает из-за разности температур между паром и конденсатом.

Фитинги

Фитинги – это арматура, предназначенная для соединения трубопроводов, с целью создания магистральной сети необходимой конфигурации по направлению потока и проходному сечению.

Если диаметр соединяемых труб одинаковый, фитинг называется прямым, если разный – переходным. Материалом для изготовления таких деталей служат черные и цветные металлы (сталь, чугун, латунь, медь, другие – намного реже) либо пластик (полипропилен и прочие). В пищепроме изделия из нержавеющей стали считаются лучшими.

Металлические фитинги

По типу соединения с трубой, фитинги могут быть сварные, резьбовые, фланцевые или обжимные. У первых края гладкие. Резьба на вторых подбирается из соображений совместимости с остальными узлами трубопровода.

Обжимной фитинг (рис. 13), обеспечивает надежное соединение при полной герметизации стыка. Металлический корпус может быть разной формы: угол, тройник и т.д. Основной элемент – гильза (сухарь, обжимное кольцо), обычно делается из нержавейки. Она ставится на конец трубы и сжимается вокруг нее с помощью специального пресса – ручного либо гидравлического (второй – для ДУ больше 100 мм). Для соединения гильзы с корпусом используется клипс в форме кольца. Он делается из мягкого материала, так как работает в качестве прокладки и, одновременно, барьера для гальванического тока.

Разновидности фитингов

• Отводы (колено, угол, рис. 14). Ставятся в тех местах, где трубу надо повернуть на 45, 60, 90 или 120 град. Могут быть крутоизогнутые цельнотянутые или штампосварные (R = 1 или 1,5 ДУ), сварные секционные (R = 1 или 1,5 ДУ), холодно- или горячегнутые (R от 1,5 до 20 ДУ).
• Тройники (рис. 15) и крестовины. Их часто называют коллекторы. Они нужны для того, чтобы сделать одно или два ответвления от основной трубы. Либо наоборот, соединить два или три потока в один. Боковая труба может быть того же или другого диаметра, по сравнению с основной. Делаются эти детали методом штамповки либо сварки, из бесшовных или электросварных труб.
• Заглушки (колпаки, пробки). Герметично закрывают концевые отверстия труб. Часто применяются в емкостном оборудовании. Каждое изделие имеет свой ДУ и рассчитано на определенное максимальное давление. По методу крепления заглушки бывают приварные, резьбовые, фланцевые и другие.
• Сгоны и полусгоны. Сгон представляет собой отрезок трубы с резьбой на обоих концах – на одном длинная, на другом короткая. На среднем участке могут быть выступы под гаечный ключ. Применяется для соединения двух труб, которые нельзя поворачивать. Ставят его следующим образом. Конец с короткой резьбой, с намотанным уплотнением, заворачивают в первую трубу. На конец с длинной резьбой навинчивают гайку и муфту. Затем совмещают с ним вторую трубу и навинчивают на нее муфту. После этого наматывают на сгон уплотнение и закручивают гайку вплотную к муфте, чтобы ее законтрить. Полусгон или ниппель отличается от сгона тем, что один его конец делается без резьбы, с гладким краем под приварку. Используется, обычно, для соединения с трубой съемной запорной арматуры (кран, вентиль) или шлангов.

• Американка (рис. 16). В пищевой промышленности называется молочная муфта (рис. 17). Компактное быстроразъемное соединение. Применяется для соединения труб или трубы с арматурой. Состоит из двух штуцеров с внутренней или наружной резьбой на концах, либо под приварку, и накидной гайки. На одном штуцере сделан буртик, на другом – наружная резьба для гайки. Исполнение может быть конусное или с уплотнением. Для установки, штуцер с уплотнением закручивается в первую трубу, штуцер с буртиком и надетой гайкой – во вторую. Затем штуцера вставляются один в другой, после чего накидная гайка прочно стягивает всю конструкцию.
• Муфта. Представляет собой короткий отрезок трубы с внутренней резьбой. Предназначена, в основном, для соединения труб одинакового диаметра. Порядок сборки: муфта накручивается на первую трубу, после чего в нее вворачивается вторая труба и затягивается заранее установленная на нее контргайка. Главный недостаток – необходимо поворачивать вторую трубу, что не всегда удобно или вообще невозможно.

• Штуцер. Предназначен для соединения трубы или оборудования с гибким шлангом.
• Кламп (рис. 18). Быстроразъемное соединение. Состоит из двух патрубков с резьбой или под сварку, хомута с винтовым затягивающим устройством и уплотнения. Патрубки свариваются с концами двух труб, или накручиваются на них, после чего соединяются вместе, с установкой уплотнительного кольца между ними. Затем надевается хомут, винтовое крепление вставляется в паз и затягивается.

Арматура – это важный элемент трубопровода. С ее помощью можно не только сделать систему заданной конфигурации, но также быстро разобрать отдельный участок для ремонта, без нарушения целости остальных секций.