Типы запорной арматуры в пищевой промышленности

Пищевая арматура из нержавеющей стали – это обязательный компонент трубопровода. С ее помощью выполняется управление потоком рабочей среды.

В зависимости от функционального назначения, арматура делится на несколько видов. Среди основных можно назвать запорную, обратную, предохранительную, распределительно-смесительную (или распределительную и смесительную, если выполняется только одна из функций), регулирующую, разделительную и отключающую. Кроме того, выделяют четыре комбинированных вида: запорно-регулирующая, запорно-обратная, невозвратно-запорная и невозвратно-управляемая. Каждое конкретное изделие можно отнести к какому-либо из видов. Например, клапан обратный AISI – к обратной трубопроводной арматуре.

Каждый вид, в зависимости от конструкции рабочего органа и направления его движения, делится на несколько типов. Например, пищевая запорная арматура включает в себя задвижку, клапан (вентиль), кран и дисковый затвор (заслонку). В данной статье речь пойдет о разновидностях этих изделий, в первую очередь, отечественного производства, их особенностях и условиях применения.

Задвижка

Задвижки отличаются простотой конструкции и малым (от 0,08 до 0,2) коэффициентом гидравлического сопротивления. Используется данный тип, чаще всего, при большом диаметре трубы (ДУ от 50 до 2000 мм), а также, если жидкость движется со значительной скоростью. Эти изделия относительно высокие, что несколько сужает их применение, особенно при ДУ меньше 200 мм, когда предпочитаются вентили.

Большинство задвижек делаются полнопроходными. Раструбные (со суженным проходом) выпускаются редко. У них, по сравнению с полнопроходными, увеличенный коэффициент гидравлического сопротивления. Поэтому они ставятся в тех случаях, если надо снизить нагрузку на трубу, сэкономить пространство или уменьшить управляющее усилие.

Шпиндель может быть выдвижным либо невыдвижным. Последний вариант выпускается редко, поскольку его применение ограничено условиями работы пары «ходовая гайка – шпиндель». Для невыдвижного рабочая среда должна быть чистой, абразивные и просто твердые включения не допускаются. Плюс ремонт более сложный. Подобные задвижки используются на трубопроводах с горячей или холодной водой и другими неагрессивными рабочими средами. Меньшие габариты по высоте делают их предпочтительными для монтажа в стесненных условиях. Если же транспортируется кислотный, щелочной или соляной раствор, другие агрессивные жидкости либо пар, то лучше выбрать вариант с выдвижным шпинделем.

По расположению колец уплотнения задвижки бывают параллельные (шиберные) и клиновые. Среди параллельных модели с плоским диском (однодисковые) используются редко. Чаще ставятся с клиновым распором (двухдисковые). Клиновые могут быть с цельным, упругим или составным рабочим органом. Разница в применении заключается в том, что первые обеспечивают высокую герметичность и не боятся больших перепадов давлений. Однако, если имеют место скачки температуры жидкости, то возникает угроза заклинивания. Вторые не боятся высоких температур, но полную герметичность не обеспечивают. Третьи – с большой герметичностью, для средних давлений.

Ручной привод в виде маховика (на современных моделях может быть рычаг) ставится на большинство задвижек с ДУ до 200 мм. Чтобы снизить величину крутящего момента на арматуре для больших диаметров, в ее конструкции может быть редуктор с зубчатой или червячной передачей. Не менее популярным вариантом управления, для всех ДУ, является электропривод. Если же, по соображениям пожарной безопасности, он невозможен, применяется пневматика. Реже всего распространены устройства с гидроприводом.

Если рабочая среда движется под большим давлением, то на трубопроводах устраивают наружные обводные линии. Это позволяет снизить напряжение, которое возникает при открытии или закрытии задвижки.

По типу уплотнения шпинделя, задвижки делятся на сальниковые и сильфонные. Первые встречаются чаще, так как они намного дешевле и не затрудняют управление. Но их надо регулярно подтягивать и периодически менять сальник. Вторые дороже, к тому же сильфон ограничивает ход шпинделя. Но герметичность обеспечивается полная. Поэтому они используются там, где данный параметр является особо критичным, например, при транспортировке агрессивной или ядовитой рабочей среды.

По методу присоединения задвижки бывают фланцевые, приварные, муфтовые (резьбовые) и цапковые. Есть и комбинированные. Фланцевые самые популярные, позволяют быстро разобрать соединение. Но они громоздкие, увеличивают нагрузку на трубу. Муфтовые и цапковые чаще применяются на небольших ДУ (до 80 мм). Сварное соединение, в противоположность фланцевому, не увеличивает вес узла, но затрудняет демонтаж. Поэтому используется на ответственных участках.

До недавнего времени задвижки применялись только как запорная арматура. Большинство выпускаемых изделий – клиновые с выдвижным шпинделем. Но сегодня встречаются и другие, регулирующие, разных моделей. Например, шиберная многоступенчатая (рис. 3), с шарниром Гука (крестообразное соединение, аналогичное карданной передаче, рис. 4), с защитной рубашкой (рис. 5) и прочие.

Кран

Кран из нержавеющей стали (рис. 6) – это тип арматуры, у которого запорный элемент сделан в виде тела вращения (шар, цилиндр, конус) со сквозным отверстием. Для перекрытия потока, данный элемент поворачивается вокруг своей оси. Устройство показано на рис. 7.

В зависимости от конструкции запорного элемента, который, независимо от формы, называют пробкой, краны бывают шаровыми, коническими и цилиндрическими. Они могут быть запорными, регулирующими, распределительными или смесительными. Некоторые модели делаются с рубашкой обогрева либо имеют различное количество присоединительных штуцеров.

Привод крана может быть, как ручной (маховик, рукоятка, редуктор), так и электрический, гидравлический или пневматический. В любом случае, особенностью данного типа арматуры является тот факт, что, для поворота пробки надо приложить сравнительно большое усилие. Крутящий момент на запорную деталь передается напрямую от привода, переходная резьбовая пара не применяется.

Конструкция крана простая и надежная, высота и прочие монтажные размеры небольшие, многие модели работают «в обе стороны» и являются полнопроходными. Гидравлическое сопротивление маленькое, потому что поток жидкости не изменяет направление движения. Поскольку пробка лишь поворачивается, уплотнители почти не загрязняются и не подвержены эрозии. Ограничения в использовании кранов связаны только с тем, что пробку надо делать очень точно, плюс в конструкции есть неметаллические уплотнители. Этот вид запорной арматуры обычно ставится на трубы с небольшим ДУ, в которых рабочая среда идет под малым напором.

Шаровый кран

Шаровые краны (рис. 8) прямоточные, но проход нередко делается зауженным, для уменьшения размеров, веса и себестоимости (рис. 9). Благодаря сферической форме внутренней поверхности корпуса и пробки, такие изделия, по сравнению с коническими, более жесткие, прочные, легкие и компактные. Они обеспечивают практически полную герметичность перекрытия трубы.

Уплотнения делаются в виде седел либо колец (рис. 10). По сравнению с аналогичными деталями конусных пробок, они значительно меньше.

Шаровые краны выпускаются в различных модификациях: трехходовой, для подключения манометра, с рубашкой обогрева, угловой, для подключения температурного датчика, с вращающимися седлами, со штуцером для контроля протечек и другие. Трехходовые, в зависимости от формы затвора, делаются в исполнении «L» или «T».

Конический кран

Конический кран (рис. 11) делается с пробкой в виде усеченного конуса, со сквозным отверстием. Угол наклона поверхности влияет на величину крутящего момента, который необходимо приложить для управления данным видом арматуры. Он принимается 1 : 7 либо 1 : 6. Это оптимальное соотношение, при котором, с одной стороны, требуется сравнительно небольшое усилие, а с другой, обеспечивается достаточная степень герметичности закрытия. На рис. 12 показан кран пробковый проходной, под ключ.

Для надежного перекрытия трубопровода, пробка должна быть прижата к корпусу. По созданию давления, такие краны бывают сальниковые, натяжные, с подъемом либо прижимом пробки и со смазкой. Наиболее простыми являются натяжные, затяжка в которых выполняется через упругую прокладку или резьбу с пружиной. У сальниковых давление на поверхностях пробки и конуса создается за счет затяжки сальника, который прижимает затвор к седлу.

Если напор жидкости превышает 4 МПа, то требуется достаточно большое давление, чтобы прижать пробку. Причина в том, что это усилие зависит от размера ДУ и растет, пропорционально его квадрату. В итоге, крутящий момент, который нужен для управления краном, на больших и даже средних диаметрах вырастает до значительных величин. Кроме того, повышается опасность возникновения задиров на контактирующих плоскостях. Чтобы исключить появление таких повреждений и снизить управляющее усилие, используются конические краны со смазкой.

Конические краны, как и шаровые, предлагаются на рынке в широком ассортименте: кран пробковый трехходовой, с обогревом и другие.

Дисковый затвор (заслонка)

Дисковый затвор или заслонка (рис. 13) – это запорное устройство, в котором рабочим органом является диск, вращающийся вокруг оси, расположенной перпендикулярно потоку жидкости. Конструкция показана на рис. 14. Для изготовления могут использоваться разные материалы. Самый популярный в пищевой промышленности – нержавейка.

По расположению оси вращения, затвор дисковый нержавеющий может быть симметричным или с эксцентриситетом. В первом случае, это самый простой вариант, ось вращения совпадает с осью седла. Управление аналогично крану. Для полного закрытия достаточно повернуть рычаг на 90 град. Такие заслонки обычно устанавливаются в тех случаях, когда рабочая среда движется с небольшим напором.

В затворах с эксцентриситетом ось вращения диска смещена относительно оси седла. Эксцентриситет может быть двойным или тройным в том случае, если ось вращения смещена еще и относительно центра самого запорного диска. Такое конструктивное решение обеспечивает хороший контакт затвора с уплотнением, за счет конического прилегания. Кроме того, достаточно открыть заслонку на минимальный угол, как диск тут же выходит из соприкосновения с седлом. В результате, исключаются трение, которое приводит к преждевременному износу уплотнений и их деформации. Достигается высокая герметичность закрытия.

По сравнению с симметричными, затворы с эксцентриситетом могут работать в условиях повышенных температуры и давления, с агрессивными жидкостями. Они более долговечны.

В некоторых моделях диаметр запорного диска делается больше, чем размер проходного отверстия заслонки. В таких устройствах затвор в положении «закрыто» располагается не параллельно поперечному сечению потока, а под углом.

Относительно уплотнения дисковых затворов, надо заметить, что, в первую очередь, эту функцию выполняют съемные вкладыши (рубашки, седла), которые делаются из пластика или резинометаллических композиций.

В корпусе либо на кромках диска могут располагаться уплотнительные кольца. В первом случае они намного более долговечны, чем во втором, так как на них меньше влияет рабочая среда. Одну из самых высоких степеней герметичности обеспечивают многослойные уплотнения из металлографита. В пищевой промышленности материал уплотнений надо выбирать, исходя из того, какая жидкость будет перекачиваться по трубопроводам.

Клапан (вентиль)

Клапан обратный (рис. 15) – это запорный узел, в котором затвор движется параллельно потоку жидкости. Устройство показано на рис. 16.

Стальной клапан используется там, где не годится вентиль из другого материала, например, чугуна – для относительно высоких температуры и давления (соответственно, до 425 град С и 6,5 МПа). В пищевой промышленности использование нержавеющей стали обусловлено еще и санитарно-гигиеническими требованиями.

Наиболее распространенные вентили имеют ДУ от 15 до 200 мм. Изделия с малыми диаметрами обычно делаются под муфтовое соединение, с большими – под фланцевое. По исполнению клапан может быть угловым, проходным, многоходовым или прямоточным. Первые ставятся в местах, где труба поворачивает. Вторые – на прямых участках, где недопустимо снижение интенсивности потока жидкости. У них большие гидравлическое сопротивление и собственная масса. У третьих есть три или четыре штуцера. Их монтируют для соединения различных рабочих сред, с целью разжижения, дозирования реагентов, нормализации температуры и прочего. Прямоточные – это проходные, у которых спрямлено движение потока внутри вентиля. Их гидросопротивление меньше, чем проходных.

При любом варианте, данный тип запорной арматуры отличается высокой степенью герметичности, возможностью быстрого перекрытия трубопровода, небольшим ходом затвора и минимальным управляющим усилием. Еще одна особенность вентиля – самоторможение. Его можно оставить в любом промежуточном положении, после чего оно сохранится в течение долгого времени. Уплотнения делаются обычно из среднетвердой кислотощелочной резины или фторопласта-4.

Как и другие типы запорной арматуры, клапаны выпускаются разных моделей: с обогревом, термозапорные, с концевыми выключателями и сигнализаторами положения затвора и другие.

Запорная арматура для пищевой промышленности, сделанная из стали AISI или ее отечественных аналогов, является на сегодняшний день наиболее популярной. По надежности, функциональности и соответствию гигиеническим нормам она значительно опережает аналоги, выполненные из других металлов.