Трубопровідна арматура

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.

Кутовий запірний клапан

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

Примітки

1. ДСТУ 2611-94 Арматура трубопровідна загальнопромислового призначення Терміни та визначення.
2. ДСТУ 2485-94 Компоненти трубопроводів. Діаметр номінальний. Визначення.
3. DN125 позначає номінальний діаметр трубопроводу з внутрішнім діаметром 125 мм
4. ДСТУ 3543-97. Арматура та з'єднання трубопроводів. Тиск номінальний. Визначення поняття.
5. PN10 позначає номінальний тиск арматури та з'єднань трубопроводів, розрахованих на тиск 1,0 МПа (10 кгс/см²) за температури робочого середовища 293 К (20 °С)
6. ГОСТ 356-80 Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие. Ряды.
7. У робочих умовах вид пропускної характеристики змінюється залежно від зміни гідравлічного опору трубопровідної мережі та режимів руху регульованого потоку

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.