Armatura zaporowa i zwrotna dużych średnic
Armatura zaporowa i zwrotna dużych średnic

W poprzednim artykule opisałem dostępne na polskim rynku łączniki i armaturę naprawczą wielkośrednicową.

Łączniki na rurociągi wielkośrednicowe i armatura naprawcza

Tym razem zaprezentuję przepustnice i zawory zwrotne nawet do DN2500. Postaram się przedstawić najciekawsze produkty i pokazać podstawowe parametry doboru.
Dzisiejszy artykuł adresowany jest dla inżynierów, inspektorów i projektantów, którzy projektują, wykonują lub eksploatują rurociągi o dużych średnicach. 

1. BUDOWA I ZASTOSOWANIE PRZEPUSTNIC

Przepustnica oraz zasuwa z definicji to armatura odcinająca, aczkolwiek przepustnica to armatura odcinająca z możliwością regulacji przepływającego medium. Zasuwa bezwzględnie służy do pracy w położeniu zawieradła całkowicie otwartym lub zamkniętym. Trendy rynkowe, mówiące o regulacji zasuwami są całkowicie błędne i prowadzą do uszkodzeń tej armatury!.
Zasuwy stosuje się zazwyczaj dla sieci wodociągowych do średnicy DN500-800 mm. Powyżej tych średnic zasuwy zastępuje się przepustnicami, które są mniejsze, lżejsze, co zdecydowanie wpływa na koszt zakupu.
W zależności od zastosowania, przepustnice możemy montować w:
– pompowniach,
– komorach,
– bezpośrednio w ziemi.

Ryc. Warianty zabudowy przepustnic kołnierzowych mimośrodowych (Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)
Ryc. Warianty zabudowy przepustnic kołnierzowych mimośrodowych
(Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)

Ze względu na eksploatację, zaleca się montaż armatury o dużej średnich w specjalnych studzienkach lub komorach. W praktyce, zwłaszcza na rurociągach tranzytowych preferuje się również montaż bezpośredni w ziemi.
Przepustnice są przystosowane do montowania na rurociągach poziomych, pionowych i skośnych. Są przeznaczone do wody zimnej, wody gorącej, ścieków, sprężonego powietrza i ropy naftowej.

Podstawowym medium jest woda. Przepływ innego czynnika przez armaturę należy zawsze uzgodnić z producentem, w celu doboru odpowiednich zabezpieczeń antykorozyjnych oraz uszczelnień.

Przepustnice składają się z właściwej przepustnicy i przekładni (1 i 2) z napędem ślimakowym (11). W korpusie przepustnicy (2) dysk (4) osadzony jest na wale (12) wraz z systemem łożysk (16). Połączenie wału z dyskiem uzyskane jest za pomocą wpustów oraz klinów zamocowanych na wale. Wał wspólnie z dyskiem wykonuje obrót w zakresie od 0 do 90 stopni. Szczelność zamknięcia zapewnia system uszczelnień (5). Uszczelka w kształcie litery T, osadzona jest na obwodzie dysku poprzez pierścień ustalający (7). Przy zamkniętej przepustnicy, sprężysty pierścień uszczelniający jest dociskany do profilowanego stożka przylgi gniazda. Szczelność zagwarantowana jest przy przepływie w obu kierunkach. Jednak zalecany kierunek przepływu jest oznaczony strzałka na korpusie przepustnicy.

Ryc. Przepustnica kołnierzowa podwójnie mimośrodowa DN150-1400 Nr kat. 9881K (Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)
Ryc. Przepustnica kołnierzowa podwójnie mimośrodowa DN150-1400 Nr kat. 9881K
(Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)

2. BUDOWA I ZASTOSOWANIE ZAWORÓW ZWROTNYCH

Zawory (klapy) zwrotne, służą do przepuszczania wody w jednym kierunku. Zapobiegają w ten sposób zmianie kierunku przepływu.
W zależności od zastosowania, klapy zwrotne możemy montować w:
– pompowniach,
– komorach.
Najczęściej zawory zwrotne stosujemy w pompowni: na rurociągu tłocznym za pompami oraz na rurociągach sieciowych np. włączając się do istn. systemu ciśnieniowego. Można je montować na rurociągach poziomych lub pionowych, jeżeli przepływ czynnika następuje z dołu do góry.
Oś obrotu dysku klapy zwrotnej musi być zawsze ustawiono idealnie poziomo!
Zawory służą do zabezpieczenia rurociągów przed przepływem zwrotnym oraz zabezpieczenia urządzeń przed wstecznym przepływem czynnika roboczego oraz uderzeniem hydraulicznym.
Szybkie wyhamowanie prędkości strumienia w rurociągu ciśnieniowym powoduje gwałtowny przyrost ciśnienia. Taki przyrost ciśnienia może wywołać naprężenia rozrywające ścianki rurociągów oraz ich połączeń.

Klapy zwrotne wielkośrednicowe można podzielić na klapy:
– klapy zwrotne,
– klapy zwrotne z dźwignią i obciążnikiem,
– klapy zwrotne z dźwignią i obciążnikiem oraz tłumikiem hydraulicznym.

Klapy zwrotne z dźwignią i obciążnikiem należą do grupy armatury kołnierzowej z miękkim uszczelnieniem, w wersji wykonania podwójnie mimośrodowej.

Zawory mają układ dźwigniowo-ciężarowy, który przyspiesza ruch zamykający i zwiększa nacisk klapy na korpus, gwarantując lepsze uszczelnienie w stanie zamknięcia.
Klapy zwrotne z tłumieniem hydraulicznym są najlepszym rozwiązaniem, w celu zabezpieczenia pomp w dużych pompowniach I i II stopnia lub pompowniach przemysłowych.
Tłumik hydrauliczny zapewnia bezuderzeniowe zamknięcie poprzez wytłumienie w ostatniej fazie zamykania. Dzięki temu możemy uniknąć uderzeń hydraulicznych przy gwałtownym zamykaniu klapy zwrotnej. Prędkość zamknięcia można regulować, w zależności od warunków pracy.

Ryc. Klapa zwrotna z dźwignią i obciążnikiem oraz tłumikiem hydraulicznym Nr kat. 9884 (Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)
Ryc. Klapa zwrotna z dźwignią i obciążnikiem oraz tłumikiem hydraulicznym Nr kat. 9884
(Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)
Ryc. Klapa zwrotna z dźwignią i obciążnikiem Nr kat. 9883 (Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)
Ryc. Klapa zwrotna z dźwignią i obciążnikiem Nr kat. 9883
(Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)

3. PODSTAWOWE PARAMETRY DOBORU PRZEPUSTNICY I KLAPY ZWROTNEJ

  • Średnica i wydajność
    – od DN150 do DN2500,
  • Materiał wykonania:
    – żeliwo sferoidalne,
    – żeliwo szare,
    – stal stopowa.
  • Przetłaczane medium:
    – woda zimna,
    – woda ciepła,
    – woda morska,
    – ścieki sanitarne,
    – ścieki przemysłowe,
    – ropa naftowa,
    – sprężone powietrze.
  • Uszczelnienie
    Najczęściej spotykane to:
    – Kauczuk etylenowo-propylenowy EPDM do przesyłu wody pitnej i surowej,
    – Kauczuk akrylonitrylowy NBR do przesyłu ścieków.
  • Ciśnienie
    Standardem jest PN10 i PN16. Na zapytanie dostępne są kołnierze na ciśnienie wysokie PN25 lub PN40.
  • Ochrona antykorozyjna
    Armatura zabezpieczona jest wewnątrz i zewnątrz antykorozyjnie poprzez pokrycie żywicą epoksydową metodą w kolorze niebieskim RAL 5005 o grubości minimum 250 µm.
  • Temperatura pracy
    Standardowo od 0 C do + 40 C dla wody zimnej.

4. JAK WYZNACZYĆ PRĘDKOŚĆ PRZEPŁYWU CZYNNIKA

Prędkość przepływu przez przepustnicę

Konstrukcja przepustnic uwzględnia wielkości sił występujące przy szybkościach przepływu zgodnie z wymogami zamieszczonymi w normie EN-593:
– 3,0 m/s przy zakresie ciśnienia PN10,
– 4,0 m/s przy zakresie ciśnienia PN16.

Przy pracy przepustnicy w niepełnym otwarciu dla dławienia przepływu, należy bezwzględnie przeanalizować warunki pracy (przepływy i spadki ciśnień) w celu uniknięcia kawitacji. Należy bezwzględnie przestrzegać zakresu stopnia otwarcia określonego przez producenta tj. od 30° do 90°. Jeżeli w trakcie eksploatacji armatury pojawią się nadmierne szumy, szmery, odgłosy drgań należy przeprowadzić ponowne obliczenia doboru armatury lub zmienić warunki pracy, gdyż może to być praca w warunkach kawitacji. Praca w warunkach kawitacji może spowodować poważne uszkodzenia systemu uszczelnienia, dysku, gniazda lub korpusu przepustnicy.

Prędkość przepływu przez zawór zwrotny

Typowa prędkość przepływu przez klapę zwrotną dla czynników ciekłych powinna wynosić od 3 do 4 m/s.
Dla pełnego otwarcia klapy wymagane jest określone nadciśnienie (zależne między innymi od średnicy nominalnej, masowego przepływu- prędkości przepływu itp.).
Maksymalna prędkość przepływu określona jest zgodnie z PN-EN 1074-1 pt. „Armatura wodociągowa – Wymagania użytkowe i badania sprawdzające” i wynosi nawet 5 m/s niezależnie od klasy ciśnieniowej.

5. STRATY MIEJSCOWE

Ustalając parametry pracy przepustnicy warto zwrócić uwagę na współczynnik Kv, który wyraża wielkość przepływu przy całkowicie otwartym zaworze zakładając straty ciśnienia wynoszące 1 bar.
Projektant instalacji powinien sprawdzić prace przepustnicy przy różnych stopniach otwarcia przepustnicy.
Spadek ciśnienia przy przepływie medium przez przepustnicę należy policzyć ze wzoru:

Wzór na spadek ciśnienia przy przepływie medium przez przepustnicę
Wzór na spadek ciśnienia przy przepływie medium przez przepustnicę

gdzie:
∆p – spadek ciśnienia [bar],
Q – rzeczywisty przepływ przez przepustnicę [m /h],
Kv – współczynnik przepływu przy określonym kącie uchylenia przepustnicy [m /h].
 

Poniższy wykres przedstawia zależności pomiędzy stopniem otwarcia przepustnicy, a współczynnikiem przepływu i oporem miejscowym.
Współczynnik oporu hydraulicznego w stanie pełnego otwarcia (90°) przepustnicy waha się w granicach 0,5 do 2,0 w zależności od średnicy przepustnicy.
Współczynnik oporu miejscowego ζ maleje wraz ze stopniem otwarcia przepustnicy.

Ryc. Przykładowy wykres spadku ciśnienia przy przepływie medium przez przepustnicę DN1200 (Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)
Ryc. Przykładowy wykres spadku ciśnienia przy przepływie medium przez przepustnicę DN1200
(Fot. Karty katalogowe Fabryki Armatury Hawle Spółka z o.o.)

6. NORMY BRANŻOWE

PN-EN 593 +A1 Armatura przemysłowa – Przepustnice metalowe.
PN-EN 19:2005 Armatura przemysłowa. Znakowanie armatury metalowej.
PN-EN 1074-3 Armatura wodociągowa. Wymagania użytkowe i badania sprawdzające. Część 3: Armatura zwrotna.
PN-EN 1074-1 Armatura wodociągowa. Wymagania użytkowe i badania sprawdzające. Wymagania ogólne.
PN-EN1074-2: 2002 Armatura wodociągowa. Wymagania użytkowe i badania sprawdzające. Armatura zaporowa.
PN-EN 558+A1:2012 Armatura przemysłowa. Długości zabudowy metalowej prostej i kątowej do rurociągów kołnierzowych. Armatura z oznaczeniem PN i klasy.
PN-EN 736-1:1998 Armatura przemysłowa. Terminologia. Definicje typów armatury.
PN-EN 736-2:2001 Armatura przemysłowa. Terminologia. Definicje elementów armatury.
PN-EN 736-3:2010 Armatura przemysłowa – Terminologia – Część 3: Definicje terminów.
EN 1092-1:2010 Kołnierze i ich połączenia – Kołnierze okrągłe do rur, armatury, kształtek, łączników i osprzętu z oznaczeniem PN – Część 1: Kołnierze stalowe.
PN-EN 1092-2:1999 Kołnierze i ich połączenia. Kołnierze okrągłe do rur, armatury, łączników i osprzętu z oznaczeniem PN. Kołnierze żeliwne.
PN-EN 1267:2012 Armatura przemysłowa – Badanie oporu przepływu wodą
PN-EN 12266-1:2012 Armatura przemysłowa – Badania armatury metalowej – Część 1: Próby ciśnieniowe, procedury badawcze i kryteria odbioru – Wymagania obowiązkowe.
PN-EN 12266-2:2012 Armatura przemysłowa – Badania armatury metalowej – Część 2: Badania, procedury badawcze i kryteria odbioru – Wymagania dodatkowe.
PN-EN 12516-2:2009 Armatura przemysłowa – Wytrzymałość obudowy – Część 2: Metoda obliczeniowa dla obudów stalowych armatury.
PN-EN 12516-3:2007 Armatura przemysłowa – Wytrzymałość obudowy – Część 3: Metoda doświadczalna.
PN-EN 12516-4:2010 Armatura przemysłowa – Wytrzymałość obudowy – Część 4: Metoda obliczeniowa dla obudów armatury wykonanych z metali innych niż stal.
PN-EN 12570:2002 Armatura przemysłowa. Metoda ustalania wielkości elementu napędowego.

Przepustnica kołnierzowa podwójnie mimośrodowa – film poglądowy:

Opracował:
mgr inż. Adam Masłowski przy współpracy z Fabryką Armatury Hawle Spółka z o.o.

Źródła:
Strony internetowe i katalogi techniczne
http://www.hawle.pl/
Normy branżowe

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here