Типы и материалы трубопроводной арматуры

В зависимости от рабочей среды и ее параметров арматуру подразделяют на пароводяную (для воды и пара), энергетическую, нефтяную, газовую, канализационную, вентиляционную, криогенную, вакуумную, резервуарную.

По характеру воздействия на арматуру различают: рабочую среду (рабочее давление, рабочая температура), транспортируемую по трубопроводу, обслуживаемому арматурой, командную среду (командное давление), используемую для передачи командных сигналов, необходимых для управления приводами арматуры, управляющую среду (управляющее давление), используемую как источник энергии в пневмо- и гидроприводе арматуры, и окружающую или внешнюю среду (внешнее давление, температура, влажность).

По давлению рабочей среды - энергетическому параметру, арматура подразделяется на группы.

Для решения различных технических задач давление среды разделяют на условное, рабочее и пробное. Условное давление PN (p_у) представляет собой наибольшее избыточное рабочее давление при температуре 20 °С, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов (тройники, переходы, фланцы и др.). Размеры элементов арматуры и соединительных частей определяются и обосновываются расчетом на прочность с учетом условного давления при характеристиках прочности выбранных материалов, соответствующих температуре 20 °С. Согласно ГОСТ 356, условные давления, в МПа, образуют следующий ряд: 0,1; 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 160; 250.

Рабочее давление (р_р) представляет собой наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей трубопроводов при рабочей температуре проводимой среды. Пробное давление (р_пр) представляет собой избыточное давление, при котором арматура и соединительные части трубопроводов должны подвергаться гидравлическому испытанию на прочность и непроницаемость материала корпусных деталей водой при температуре не ниже 5 °С и не выше 70 °С, если в нормативно-технической документации не указано конкретное значение этой температуры. Предельное отклонение значения пробного давления не должно превышать 15%.

Рабочие давления равны условным для арматуры из углеродистой стали при рабочей температуре среды от 0 до 200 °С, для арматуры из чугуна, бронзы и латуни - при рабочей температуре среды от 0 до 120 °С. При повышении рабочей температуры допускаемое рабочее давление снижают в зависимости от материала корпусных деталей арматуры.
В качестве рабочей температуры принимается температура, при которой происходит длительная эксплуатация изделия, без учета кратковременных отклонений, допускаемых соответствующими стандартами или нормативно-технической документацией.

По условным давлениям арматуру можно разделить на следующие группы:
- арматура для глубокого вакуума, используемая для давлений ниже 0,1 Па абс;
- вакуумная арматура, используемая для давлений от 0,1 Па абс. и выше - до 0,1 МПа абс;
- арматура малых давлений, применяемая для давлений до 1,6 МПа (изб.);
- арматура средних давлений - для давлений от ~ 2,5 до 10 МПа;
- арматура высоких давлений - для давлений от 12,5 до 80 МПа;
- арматура сверхвысоких давлений для давлений от 100 МПа и выше.

По температурному режиму арматуру можно разделить на следующие категории:
- криогенная или арматура для глубокого холода - рабочие температуры ниже -153 °С;
- арматура холодильной техники - рабочие температуры от -153 до-70 °С;
- арматура для пониженных температур - рабочие температуры от -30 до -70 °С;
- арматура для средних температур - до 455 °С;
- арматура для высоких температур - до 600 °С;
- арматура жаропрочная, применяемая для температур свыше 600 °С.

По исполнению патрубков и монтажным размерам арматура классифицируется по конструкции и размерным рядам:

Арматура с патрубками под приварку является наиболее надежным исполнением присоединения в трубопроводе, поэтому в энергетических установках, в трубопроводах для горючих, токсичных, пожаро- и взрывоопасных сред и при других опасных и ответственных условиях работы стальной арматуры применяется арматура с патрубками под приварку во всех случаях, где это допустимо.

Арматура под приварку имеет присоединительные патрубки, предусмотренные и подготовленные для приварки к трубопроводу.

Арматура фланцевая имеет присоединительные патрубки, снабженные фланцами. Фланцевые соединения допускают быструю замену арматуры для ремонта или замены изношенных деталей. Тип фланцевого соединения по исполнению и материал прокладки выбирают в зависимости от условий работы арматуры, давления, температуры и коррозионных свойств среды. Так, при р_у < 4 МПа используются плоские «мягкие» прокладки из картона целлюлозного, резины, фторопласта, пластиката, фибры и т.п. При высоких давлениях используются прокладки из стали, алюминия, меди, никеля и других металлов с учетом температуры и давления, а также коррозионных свойств рабочей среды. Конструкция металлической прокладки может предусматривать плоское прямоугольное сечение, сечение в виде линзы (линзовые прокладки), овала (овальные прокладки), гребенчатое сечение (гребенчатые прокладки), полое сечение в виде кольца круглого или овального (трубчатые прокладки). Для высоких температур получили применение спирально навитые прокладки в виде кольца, образованного спирально навитой плоской или гофрированной лентой.

Исполнение	Присоединение	Эскиз
1	С соединительным выступом
2	С выступом
3	С впадиной
4	С шипом
5	С пазом
6	Под линзовую прокладку
7	Под прокладку овального сечения
8	С шипом под фторопластовую прокладку
9	С пазом под фторопластовую прокладку

Арматура муфтовая, цапковая, штуцерная. Муфтовая арматура имеет муфты с внутренней резьбой. Арматура для канализационных сетей может иметь муфтовые патрубки без внутренней резьбы, конусные полости которых при соединении с трубой герметизируются резиновым кольцом и заполняются уплотняющим материалом (битум, цемент, свинец). Цапковая арматура имеет присоединительные патрубки с прокладочным уплотнением и наружной резьбой, штуцерная - с наружной резьбой без прокладочного уплотнения.

В трубопроводах с малым условным диаметром прохода (D_у < 80 мм) распространены резьбовые соединения. Резьбовое соединение требует минимального количества присоединительных элементов, обеспечивает малые металлоемкость и массу, а также простоту конструкции. В связи с этим оно используется во всех случаях, где это соединение допустимо. Однако область его применения ограничена рядом недостатков, к которым относятся следующие: трудность демонтажа арматуры, установленной на трубопроводе, в связи с необходимостью свинчивания отрезка трубы, штуцера или самой арматуры; возможность образования неразъемного соединения в связи с коррозией соприкасающихся в резьбе поверхностей; сложность изготовления резьб больших диаметров и их недостаточная прочность при высоких давлениях; необходимость приложения большого крутящего момента при сборке соединения большого диаметра. Таким образом, область применения резьбовых соединений ограничивается малыми диаметрами и небольшими давлениями.

Когда одинаковые типы арматуры (краны, клапаны) выпускаются с резьбовыми и фланцевыми соединениями, резьбовое соединение выбирают для условий, при которых демонтаж арматуры с целью ремонта маловероятен. Для ответственных случаев, когда среда имеет коррозионные свойства, твердые взвеси и т.п., а в процессе обслуживания требуется систематическая ревизия, ремонт или замена арматуры, предпочтение следует отдавать фланцевым соединениям. .
Основными монтажными размерами трубопроводной арматуры являются: условный диаметр прохода, строительная длина, строительная высота и присоединительные размеры проходных патрубков: сварных, фланцевых, резьбовых.

Группа диаметров	DN (Dy), мм	Область применения
Основные	3; 6; 10; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200; 1400; 1600; 2000; 2400; 3000; 3400; 4000	Для широкого применения
Вспомогательные	1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4; 5; 8; 12; 13; 175; 225; 450; 700; 900; 1800; 2200; 2600; 2800; 3200; 3600; 3800	Для трубопроводов и арматуры общепромышленного назначения не применять
Дополнительные	16; 63; 160	В виде исключения только для гидравлических и пневматических устройств

Условные диаметры проходов трубопроводной арматуры имеют 31 основной размер, 22 вспомогательных и три размера, которые могут быть использованы в виде исключения лишь для гидравлических и пневматических устройств. По условным диаметрам прохода можно выделить следующие пять групп арматуры:

- группа сверхмалых размеров - до 5 мм включительно;

- группа малых размеров - от 6 до 40 мм включительно; арматура этой группы изготавливается в большом количестве и применяется в разветвленной сети водопроводов, газопроводов, теплоснабжения;

- группа средних диаметров прохода - от 50 до 300 мм включительно применяется для разводящих линий трубопроводов и отдельных магистралей, изготавливается крупносерийно;

- группа больших диаметров прохода - от 350 до 1400 мм; используется в основном в магистральных трубопроводах, изготовляется серийно или мелкосерийно;

- группа сверхбольших диаметров прохода - свыше 1400 мм; используется в основном в металлургии, гидротехнике и в некоторых других отраслях промышленности; изготовляется мелкосерийно или индивидуально.

Строительная длина арматуры характеризует длину участка трубы, которую арматура замещает в трубопроводе. Для фланцевой проходной арматуры строительная длина L равна расстоянию между торцами присоединительных фланцев, для угловой арматуры строительная длина L₁ равна расстоянию от торца одного фланца до оси другого.

Строительная высота арматуры Н определяется обычно расстоянием от оси условного прохода до верхнего конца шпинделя, установленного в верхнее крайнее положение (седло открыто). В некоторых конструкциях строительную высоту определяет не шпиндель, а другая, более высоко расположенная деталь конструкции арматуры с электроприводом.

По материалу корпусных деталей выделяют общепромышленную арматуру стальную (из углеродистой или легированной стали), чугунную (из серого чугуна), из ковкого чугуна, цветных сплавов.

Из углеродистой стали арматуру изготовляют для рабочих температур до 455 °С, из серого чугуна - до 300 °С, из ковкого чугуна - до 400 °С, из бронзы и латуни-до 250 °С.

	Строительная длина L и L1 проходной арматуры; Строительная высота арматуры: Н - в закрытом виде; Но-в открытом виде

Условные графические обозначения трубопроводной арматуры на гидравлических и пневматических схемах по ГОСТ 2.785 приведены в таблице: