Трубопроводная арматура представляет собой технические устройства и механизмы, которые монтируются на трубопроводах и предназначаются для организации движения потоков жидких или газообразных сред в соответствии с расчётными параметрами давления, температуры, мощности, направления движения и физико-химического состояния рабочей среды.
Кроме запорной и регулирующей арматуры трубопроводов тепловых сетей, по функциональному назначению также выделяют:
защитную (отключающая, отсечная);
предохранительную;
распределительно-смесительную;
фазоразделительную арматуру.
Условное обозначение арматуры, принятое центральным конструкторским бюро арматуростроения (ЦКБА), состоит из набора повторяемых цифр и букв:
первые две цифры характеризуют условный номер группы арматуры;
следующая за ними одна или две буквы — материал корпуса;
далее расположены цифры, которые указывают на конструктивную особенность изделия в пределах группы, фигуру изделия;
последняя буква говорит о материале уплотнительных поверхностей затвора.
Например, задвижка клиновая дисковая с выдвижным шпинделем, с электроприводом 30с964нж (предназначена для установки на трубопроводах в качестве запорного устройства).
Данное условное обозначение говорит о следующих характеристиках:
30 – задвижки;
с – сталь углеродистая;
964 - задвижка имеет электропривод;
нж – сталь нержавеющая (коррозионностойкая).
Поговорим подробнее о регулирующей арматуре.
Регулирующая – арматура, которая предназначена для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения расхода. В том числе:
редукционная (дроссельная) арматура – арматура, предназначенная для снижения (редуцирования) рабочего давления в системе путём увеличения гидравлического сопротивления в проточной части (дисковый затвор, регулирующая задвижка).
запорно-регулирующая арматура — арматура, совмещающая функции запорной и регулирующей арматуры.
Рассмотрим характеристики некоторых типов регулирующей арматуры.
Дисковый затвор (заслонка, поворотный затвор) - это тип арматуры, запирающий или регулирующий элемент которого имеет форму диска, поворачивающегося вокруг оси, перпендикулярной или расположенной под углом к направлению потока рабочей среды (смотреть Рисунок 1).
Поворотные затворы являются более современным оборудованием для водяных тепловых сетей. Они выпускаются с концами под приварку. Допустимый перепад давления на затвор — не более 1,6 МПа. Направление подачи среды — любое. Управление затвором — ручное рукояткой (Dу = 200 мм); ручное от редуктора (Dу = 250, 300, 400 мм); от электропривода (Dу = 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400 мм)
Дисковые поворотные затворы обладают следующим рядом характеристик:
малым коэффициентом гидравлического сопротивления;
простотой и удобством монтажа;
возможностью исполнения для трубопроводов больших диаметров;
возможностью использования в качестве регулирующей арматуры;
возможностью установки на тепловых сетях без устройства камер;
простотой замены уплотняющей манжеты (по истечении ее срока службы, который, в зависимости от производителя, определен до 100 000 циклов закрытия и открытия);
выполнением своих функций независимо от направления рабочей среды;
возможностью работы при больших перепадах давлений рабочей среды;
относительно низкой стоимостью, сопоставимой со стоимостью задвижек;
малой строительной длиной.
Недостатком дисковых поворотных затворов является возможность получения гидравлического удара в конце хода; дисковые затворы не следует применять на малые диаметры (это обусловлено тем, что даже при полном открытии они обладают повышенным гидравлическим сопротивлением).
Дроссельная шайба (диафрагма) — предназначена для дросселирования избыточного напора в системах с постоянным гидравлическим режимом и широко применялась в тепловых сетях для гидравлической балансировки (смотреть Рисунок 2).
Выполняя точный расчёт ответвлений водяной тепловой сети, как правило, ввиду ограниченности ассортимента труб, не удаётся добиться точного соответствия потерь давления в ответвлении располагаемому напору. Именно тогда для увеличения потерь давления на участке и устанавливают специальную регулирующую арматуру - дроссельную диафрагму.
Расчёт дроссельной шайбы выполняется для определения диаметра отверстия диафрагмы, которая на расчётном расходе воды обеспечит заданное снижение давления.
Диаметр отверстия в диафрагме рассчитываем по формуле:
, мм
G – расчетный расход теплоносителя на данном участке, т/ч
– напор, дросселируемый диафрагмой, который находят, как разность между располагаемым напором перед ответвлением и гидравлическим сопротивлением ответвления, м вод. ст. (1 м вод. ст. = 10000 Па)
Рассмотрим на конкретном примере последовательность выбора размеров дроссельной диафрагмы для установки во фланцы.
В Таблице 1 представлены результаты уточнённого расчёта ответвлений, определены расчётные потери давления в ответвлениях.
Таблица 1 - Утонённый расчёт ответвлений
№ участка |
Расход водые G, т/ч |
Диаметр трубы, мм |
Длина участка, м |
Скорость движения теплоносителя в трубопроводе V, м/с |
Располагаемое давление на ответвлении , Па, |
Удельная потеря давления, Па/м |
Суммарная потеря давления на ответвлении Па |
Невязка, % |
|||||||||
Условный проход Dу |
Наружный диаметр× толщина стенки dн×S |
Действительная длина lд |
Эквивалентная длина lэкв |
Приведенная длина lпр |
|||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
||||||
30 |
4,6 |
50 |
57×3,5 |
57 |
6,91 |
63,91 |
0,68 |
18362,28 |
167,75 |
10720,90 |
42 |
||||||
31 |
2,9 |
50 |
57×3,5 |
13 |
2,94 |
15,94 |
0,43 |
1540,75 |
66,51 |
1060,17 |
31 |
Используя данные представленной таблицы, производим расчёт диаметра отверстия в диафрагме для конкретных участков. Для его выполнения потребуются данные столбцов 2, 9 и 11.
Расчёт диаметра отверстия в диафрагме для участка №30:
= - = 18362,28 Па – 10720,90Па = 7641,38 Па = 0,764 м вод. ст.
= = 23 мм
Расчёт диаметра отверстия в диафрагме для участка №31:
= - = 1540,75 Па - 1060,17 Па = 480,58 Па = 0,048 м вод. ст.
= = 36 мм
Размеры диафрагмы выбираем по Таблице 2 в зависимости от наружного диаметра трубопровода (смотреть столбец 3 Таблицы 1).
Таблица 2 - Размеры дроссельной диафрагмы для установки во фланцы, мм
Условный диаметр трубы Dу |
Наружный диаметр диафрагмы D |
Длина хвостовика l |
Толщина диафрагмы п |
Диаметр отверстия |
20 |
61 |
50 |
2-3 |
по расчёту |
25 |
71 |
60 |
||
32 |
84 |
60 |
||
40 |
92 |
65 |
||
50 |
107 |
75 |
||
Продолжение таблицы 2 |
||||
70 |
127 |
75 |
2-3 |
по расчёту |
80 |
142 |
75 |
||
100 |
162 |
90 |
||
125 |
192 |
90 |
3-4 |
|
150 |
217 |
90 |
||
200 |
272 |
100 |
Таким образом, используя данные Таблицы 2, принимаем к установке на 30-ем участке дроссельную диафрагму со следующими размерами: условный диаметр трубы Dу = 50 мм, наружный диаметр диафрагмы Dн = 107 мм, толщина диафрагмы 2-3 мм, диаметр отверстия = 23 мм, длина хвостовика диафрагмы l = 75 мм.
Принимаем к установке на 31-ом участке дроссельную диафрагму со следующими размерами: условный диаметр трубы Dу = 50 мм, наружный диаметр диафрагмы Dн = 107 мм, толщина диафрагмы 2-3 мм, диаметр отверстия = 36 мм, длина хвостовика диафрагмы l = 75 мм.
На данный момент в современных системах теплоснабжения с изменяющимся расходом чаще применяют автоматические регуляторы перепада давления, обеспечивающие стабильный гидравлический режим независимо от колебаний давления в тепловых сетях и работы регулирующего клапана. Однако, несмотря на это, дроссельные диафрагмы всё ещё применяют из условий снижения капитальных затрат.
Современным аналогом для систем с постоянным гидравлическим режимом является балансировочный клапан, сопротивление которого может изменяться ручной регулировкой.
Балансировочный клапан (вентиль) — это трубопроводная арматура, с регулируемым гидравлическим сопротивлением предназначенная для дросселирования потока воды. Принцип работы балансировочного клапана заключается в настройке необходимого гидравлического сопротивления путём изменения проходного сечения клапана (смотреть Рисунок 3).
К его достоинствам относится низкая цена, простота настройка, возможность измерения или расчёта расхода по пропускной способности, а также высокая надёжность и ремонтопригодность. Существенным недостатком является то, что его не рекомендуется использовать для систем с динамическим режимом.
Рисунок 1 - Дисковый затвор |
Рисунок 2 - Дроссельная шайба |
|
Рисунок 3 - Балансировочный клапан |
Список литературы:
ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения. Введ. 01.01.2008. – М.: Стандартинформ, 2007. – 3 с.
СТ ЦКБА 036-2014. Арматура трубопроводная. Таблицы фигур и условные обозначения. Справочник. Введ. 15.12.2014. – СПб.: НПФ ЦКБА, 2014. – 84 с.
Фалалеев, Ю.П. Проектирование центрального теплоснабжения: учеб. пособие/Ю.П. Фалалеев; Нижегор. гос. архитектур.- строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 1997. – 83 с.