Разновидности арматуры по присоединению к трубопроводу

Трубопроводную арматуру классифицируют по разным признакам ─ видам, типам, разновидностям*. Один из весомых поводов для классификации ─ способ присоединения арматуры к трубопроводу, емкости или оборудованию.

Если в основу классификации положить конструктивное исполнение частей, отвечающих за присоединение, то множество технических устройств, объединенных термином «трубопроводная арматура», распадется на два больших подмножества с говорящими названиями ─ арматура трубопроводная фланцевая и бесфланцевая арматура. Прочность и герметичность присоединения первой обеспечивает наличие фланцев; присоединение второй осуществляется без их помощи. В состав «отряда» бесфланцевой арматуры входят муфтовая, цапковая, штуцерная арматура, арматура под приварку и некоторые другие.

При делении трубопроводной арматуры по способу присоединения можно исходить и из другого признака: какое ─ разъемное или неразъемное ─ соединение образуется. В этом случае почти в одиночестве (есть еще присоединение пайкой) оказывается образующая неразъемные соединения арматура под приварку. Все остальные соединения─ разъемные. Значительная часть из них ─ муфтовые, штуцерные, цапковые ─ являются резьбовыми.

Фланцевое соединение арматуры

Соединения с применением фланцев широко применяются в различных направлениях технологий. Повсеместное распространение получило фланцевое соединение трубопроводов и арматуры.

Слово «фланец» пришло в русский язык из немецкого языка вместе с самим фланцем, а не было присвоено на основании каких-то аналогий. В немецком существительное Flansch обозначает ровно то же самое, что и производное от него русское слово «фланец», ─ плоскую металлическую пластину на конце трубы с отверстиями для резьбового крепежа (болтов или шпилек с гайками). Привычнее, когда эта пластина круглая, но одним диском форма фланцев не ограничивается. Используются, например, квадратные и треугольные фланцы. Но круглые изготовить легче, поэтому применение прямоугольных или треугольных фланцев можно оправдать действительно весомыми причинами.

Материал, типы и особенности конструкции фланцев определяются условным диаметром, давлением рабочей среды и целым рядом других факторов.

Для изготовления фланцев трубопроводной арматуры используют серый и ковкий чугун, разные сорта стали.

Фланцы из ковкого чугуна рассчитаны на более высокое давление и широкий диапазон температур, чем фланцы, сделанные из серого чугуна. Еще более стойкими к воздействию этих факторов являются литые стальные фланцы. Стальные приварные, столь же легко перенося высокие температуры, уступают литым фланцам в максимально допустимом давлении.

Особенностями конструкции фланцев может быть наличие выступов, фасок, шипов, кольцевых выборок и т. д.

Распространенность фланцевых соединений трубопроводной арматуры обусловлена множеством присущих им достоинств. Самое очевидное из них ─ возможность многократного монтажа и демонтажа. Соблазн добавить к существительному «монтаж» прилагательное «легкий» несколько убавляется, если вспомнить о том, сколько болтов потребуется открутить и закрутить при разборке и стыковке фланцев больших диаметров (фланцевые соединения обычно используют при диаметре труб от 50 мм). Хотя и в этом случае трудоемкость монтажных работ не выйдет за пределы разумного.

Фланцевые соединения отличаются прочностью и надежностью, что позволяет использовать их для комплектации трубопроводных систем, работающих под высоким давлением. При соблюдении ряда условий фланцевые соединения обеспечивают очень хорошую герметичность. Для этого стыкуемые фланцы должны иметь аналогичные, не выходящие за рамки допустимой погрешности, присоединительные размеры. Еще одно из условий ─ обязательная периодическая подтяжка стыков, позволяющая поддерживать на должном уровне «хватку» болтовых соединений.  Это особенно важно при постоянном воздействии на них механических вибраций или наличии существенных колебаний температуры и влажности окружающей среды. И чем больше диаметр трубопровода, тем это актуальнее, ведь по мере его увеличения усилие на фланцы возрастает. Герметичность фланцевых соединений во многом зависит от уплотнительной способности устанавливаемых между фланцами прокладок.

Нельзя сбрасывать со счетов деформации. Причем фланцы, выполненные из разных материалов, подвержены им в неодинаковой степени, поэтому материал, из которого он сделан, является важнейшим параметром фланца. Так, пластичные стальные фланцы деформируются легче, чем выполненные из более хрупкого, но при этом гораздо лучше держащего форму чугуна.

Недостатки фланцевой арматуры являются продолжением ее достоинств. Высокая прочность оборачивается значительными габаритными размерами и массой, которые, в свою очередь, означают повышенный расход металла (при изготовлении фланцев крупных размеров приходится использовать толстый металлический лист или круглые профили большого диаметра) и трудоемкость производства.

Арматура под приварку

К приварке арматуры прибегают, когда надежность и герметичность других видов соединений признается неудовлетворительной. Особенно востребована сварка при устройстве трубопроводных систем, в которых рабочей средой являются токсичные, ядовитые или радиоактивные жидкости и газы. В этом случае сварочное соединение, при правильном исполнении обеспечивающее 100-процентнуюгерметичность, может оказаться оптимальным, а зачастую и единственно приемлемым решением. Важно только, чтобы такой участок системы не нуждался в частом демонтаже оборудования, выполнение которого всякий раз будет приводить к полному разрушению сварных соединений.

Благодаря сварке, объединяющей фрагменты трубопроводной системы в единое целое, удается обеспечить гармонию, или, говоря техническим языком, структурное соответствие между всеми ее элементами ─ трубами и трубопроводной арматурой. Главное, чтобы из-за различий механических свойств сварного соединения и других составляющих трубопроводной системы оно не стало ее слабым звеном.

Присоединительные концы арматуры подготавливают под приварку, выравнивая и зашлифовывая поверхность свариваемых фрагментов, снимая требуемые фаски.

Сварные соединения могут быть выполнены в раструб и встык. В первом случае сварочный шов располагается на внешней стороне трубы. Такой вариант обычно используется для стальной арматуры сравнительно небольшого диаметра, монтируемой в трубопроводах, работающих при высоком давлении и температуре рабочей среды.

Во втором случае соединение может дополняться подкладным кольцом, исключающим перекос соединяемых деталей. Именно такие, отличающиеся надежностью и абсолютной герметичностью соединения используются при монтаже трубопроводных систем опасных производственных объектов, например, энергоблоков атомных электростанций.

Важными достоинствами сварных соединений, особенно по сравнению с фланцевыми, являются минимальный вес, компактность и экономия пространства.

Арматура муфтовая

Одним из наиболее распространенных в технике является муфтовое соединение арматуры.

Его применяют для различных типов арматуры малого и среднего диаметра, работающих при низких и средних давлениях, корпус которых изготовлен из чугуна или сплавов цветных металлов. Если давление высокое, то предпочтительнее использовать цапковую арматуру.

В присоединительных патрубках муфтовой арматуры резьба находится с внутренней стороны. Как правило, это трубная резьба ─ дюймовая резьба с мелким шагом. Ее формируют различными способами ─ накаткой, нарезкой, штамповкой. Важно, что при мелком шаге резьбы высота зубьев не зависит от диаметра трубопровода.

Снаружи присоединительные концы оформляют в виде шестигранника, чтобы было удобно пользоваться ключом.

Слово «муфта» пришло в русский язык из немецкого, а, возможно, из голландского языка, где mouw означает рукав. Муфта, как и клапан, - пример того, как портняжное дело и производство трубопроводной арматуры используют каждый в своей специальной терминологии одинаковые по звучанию, но несущие разную смысловую нагрузку слова.  В технике муфтой называют не рукав, а короткую металлическую трубку, обеспечивающую соединения цилиндрических частей машин.

Мелкая резьба муфтового соединения плюс использование специальных вязких смазок, льняных прядей или фторопластового уплотнительного материала (ленты ФУМ) гарантируют его высокую герметичность. Муфтовое соединение не требует использования дополнительных крепежных деталей (например, болтов или шпилек, как во фланцевом соединении). Но нельзя не учитывать, что наворачивание муфты на резьбу с уплотнением требует немалых усилий, тем больших, чем больше диаметр трубопровода.

Штуцерная арматура

Немецкое происхождение термина «штуцер» от глагола stutzen (подрезать, нарезать) выдает даже его звучание. Так из-за наличия нарезного ствола именовали использовавшиеся для вооружения армий вплоть до XIX столетия мушкеты. В современной технике это существительное применяется для определения короткого отрезка трубы (другими словами ─ втулки) с резьбой на обоих концах, служащего для присоединения труб и трубопроводной арматуры к агрегатам, установкам и резервуарам. В штуцерном соединении присоединительный конец арматуры с наружной резьбой посредством накидной гайки подтягивается к трубопроводу. Его используют для арматуры малого и сверхмалого (с номинальным диаметром до 5,0 мм) диаметров. Как правило, это лабораторная или иная специальная арматура. Например, редукторы, устанавливаемые на баллонах со сжатым газом. С помощью штуцерного соединения в трубопроводные сети «вживляются» различные контрольно-измерительные приборы (КИП), монтируются испарители, термостаты, многие виды оборудования, входящие в состав технологических линий химического производства.

Цапковая арматура

Термин «цапковое соединение» вошел в широкий обиход в конце XIX столетия. Его главные атрибуты для трубопроводной арматуры ─ присоединительные патрубки с наружной резьбой и наличия буртика. Конец трубопровода с буртиком накидной гайкой прижимается к торцу патрубка арматуры.

Цапковое соединение используется для арматуры высокого давления небольших размеров, в частности, приборов КИП. Оно эффективно при ввинчивании арматуры в корпус сосудов, аппаратов, установок или машин. Его герметичность обеспечивается наличием прокладок и специальными смазками.

Примером цапкового соединения может служить подсоединение пожарного рукава к пожарному гидранту.

Всем резьбовым соединениям свойственны такие достоинства как минимальное количество присоединительных элементов, малая металлоемкость и, соответственно, небольшая масса, технологичность. Эффективный монтаж резьбовых соединений требует совпадения внутренней и наружной резьбы, использование мягких или вязких материалов для уплотнения. Но при этом следует учитывать, что нарезка резьбы уменьшает толщину стенки трубы, поэтому такой тип соединения плохо подходит для тонкостенных труб.

Кроме перечисленных существуют и другие способы присоединения арматуры. Так, в трубопроводных системах могут применяться дюритовые соединения. Это соединения посредством цилиндрических муфт, состоящих из нескольких слоев прорезиненной ткани (говоря простыми словами ─ фрагментов шлангов), надвигаемых на сделанные на патрубках выступы и фиксируемых с помощью металлических хомутов.

Еще один способ присоединения арматуры ─ пайка, которую применяют для медных труб с небольшим диаметром. Конец трубопровода, обработанный припоем, вставляется в выполненную в патрубке проточку.

Функциональные возможности, работоспособность и надежность трубопроводной системы определяется не только параметрами входящей в ее состав арматуры, но и тем, насколько качественно выполнено соединение арматуры, выбору и выполнению которого всегда следует уделять повышенное внимание.