Запорная задвижка с приводной головкой

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Уральский федеральный университет 

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

П. Н. Плотников 
Т. А. Недошивина 

Рекомендовано методическим советом УрФУ

в качестве учебно-методического пособия для студентов,
обучающихся по программе бакалавриата

по направлению 141100.62 — Энергетическое машиностроение

2-е издание, стереотипное

Москва

Издательство «ФЛИНТА»

Издательство Уральского университета

2017

ЗАПОРНАЯ ЗАДВИЖКА С ПРИВОДНОЙ ГОЛОВКОЙ.
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ 

УДК 696.117(075.8) 
ББК 34.749я73 

П39 

Рецензенты: 

кафедра «Энергетика» Уральского государственного
лесотехнического университета (зав. кафедрой д-р техн. 
наук, проф. С. М. Шанчуров);
канд. техн. наук С. В. Жуков (Екатеринбургский филиал 
по реализации приоритетных инвестиционных проектов ОАО 
«Территориальная генерирующая компания № 9»)

Научный редактор — д-р техн. наук, проф. В. И. Брезгин 

Плотников, П. Н.

П39
Запорная задвижка с приводной головкой. Расчет и

конструирование [Электронный ресурс] : 
учебнометодическое 
пособие 
/ 
П.Н. 
Плотников, 
Т.А. 
Недошивина. — 2-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА : Издво Урал. ун-та, 2017. —  136 с.
ISBN 978-5-9765-3215-1 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1392-1 (Изд-во Урал. ун-та) 

В издание включены все необходимые данные для расчета 
и конструирования трубопроводных приводных задвижек с клиновыми затворами, учтены требования государственных стандартов 
и Единой системы конструкторской документации, дана последовательность расчетов и конструирования указанной трубопроводной 
арматуры с необходимыми пояснениями и рекомендациями, а также приведены указания к оформлению контрольных заданий и курсовых проектов.
Библиогр.: 13 назв. Табл. 38. Рис. 23. Прил. 17.

УДК 696.117(075.8) 

ББК 34.749я73 

ISBN 978-5-7996-1392-1 
© Уральский федеральный 

университет, 2015 

ISBN 978-5-9765-3215-1 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1392-1 (Изд-во Урал. ун-та) 

ВВЕДЕНИЕ

Задвижка — трубопроводная арматура, в которой 
запирающий или регулирующий элемент перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды. Задвижки — очень распространённый тип запорной арматуры. 
Они широко применяются практически на любых технологических и транспортных трубопроводах диаметром 
15...2000 мм в системах жилищно-коммунального хозяйства, газо- и водоснабжения, нефтепроводах, на объектах энергетики и многих других при рабочих давлениях 
до 25 МПа и температурах до 565 °C. Это практически 
единственный тип трубопроводной арматуры, не имеющий ограничений по основным параметрам применения.
Широкое распространение задвижек объясняется 
рядом достоинств этих устройств, среди которых:

x сравнительная простота конструкции;
x относительно небольшая строительная длина;
x возможность применения в разнообразных условиях эксплуатации (рабочие среды со всеми видами 
воздействия: агрессивность, абразивность, эрозионное воздействие, склонность к налипанию и застыванию и т.д.);

x малое гидравлическое сопротивление;
x относительно небольшие усилия управления;
x возможность изготовления практически из всех 
конструкционных материалов (чугуны, стали, 
цветные металлы, сплавы, неметаллические материалы);

x возможность иметь ремонтопригодную конструкцию, в том числе без снятия корпуса с трубопровода.
Последнее качество делает задвижки особенно ценными для использования в магистральных трубопроводах, 
характеризующихся постоянным высокоскоростным движением среды.

К недостаткам задвижек можно отнести:
x большую строительную высоту (особенно для задвижек с выдвижным шпинделем). Это обусловлено тем, что ход затвора для полного открытия должен составить не менее одного диаметра прохода;

x значительное время открытия и закрытия;
x изнашивание уплотнительных поверхностей в корпусе и в затворе, сложность их ремонта в процессе 
эксплуатации.
Задвижки обычно изготавливаются полнопроходными, то есть диаметр проходного отверстия арматуры примерно соответствует диаметру трубопровода, на который 
она устанавливается.
Наиболее распространенный способ управления задвижкой — вручную, с помощью маховика; кроме того, 
задвижки могут оснащаться электроприводами, гидроприводами и, в редких случаях, пневмоприводами. На задвижках большого диаметра с ручным управлением, как 
правило, устанавливают редуктор для уменьшения усилий 
открытия-закрытия. В зависимости от компоновки и передаточного отношения зубчатой пары редуктор может 
быть червячным или зубчатым.

1. ОбщИЕ сВЕДЕНИя О кОНструИрОВаНИИ 
арматуры

1.1. классификация арматуры

В зависимости от условного давления арматура де-
лится на вакуумную, низкого давления, среднего давления, высокого давления.
По области применения выделяют энергетическую 
(пароводяную), газовую, нефтяную и химическую.
В зависимости от функционального назначения арматура разделяется на классы и типы:
1) запорная арматура — служит для периодического 
открытия или закрытия потока (приводная — краны, вентили, задвижки, затворы);
2) регулирующая арматура служит для изменения или 
поддержания параметров теплоносителя (приводная — 
регулирующие вентили, регулирующие клапаны прямого 
и непрямого действия, регуляторы уровня, конденсатоотводчики, редукционные клапаны). Регулирующая арматура не может служить в качестве запорной;
3) предохранительная и защитная арматура — от аварийного повышения давления или других параметров 
среды (автоматическая — предохранительные клапаны, 
мембранные разрывные устройства, обратные клапаны, 
отключающие устройства). Предохранительная просто открывается или закрывается, защитная же закрывается, отсекая участок трубы;
4) контрольная арматура — для контроля наличия 
и уровня среды (приводная, автоматическая — пробноспускные краны, указатели уровня);
5) фазоразделительная — для автоматического разделения в зависимости от фазы (конденсатоотводчики).
В зависимости от способа перекрытия потока среды 
арматура подразделяется на следующие типы:
1) задвижка — затвор в виде диска перемещается 
возвратно-поступательно, перпендикулярно к оси потока 
среды (рис. 1.1, а);

1. Общие сведения о конструировании арматуры

2) клапан — затвор в виде тарелки или конуса перемещается возвратно-поступательно, параллельно оси потока среды в седле корпуса арматуры (рис. 1.1, б);
3) кран — затвор, имеющий форму тела вращения, 
поворачивается вокруг своей оси, расположенной перпендикулярно к оси потока среды (рис. 1.1, в);
4) заслонка
— затвор, имеющий форму диска 
(рис. 1.1, г), поворачивается вокруг оси, расположенной 
в плоскости затвора или параллельно ей;
5) мембранный клапан — затвор в виде упругой мембраны, перемещается вдоль оси потока в седле клапана 
(рис. 1.1, д);
6) шланговый клапан — перекрытие потока осуществляется путем пережима эластичного шланга, внутри которого проходит транспортируемая рабочая среда (рис. 1.1, е).

Рис. 1.1. Типы запорной арматуры: а — задвижка; б — клапан; в — кран; 
г — заслонка; д — мембранный клапан; е — шланговый клапан

1.1. Классификация арматуры

Клапаны имеют большое число конструктивных 
разновидностей: могут быть запорными, регулирующими, 
предохранительными, обратными, перепускными и т.д. 
Особое положение занимают мембранный и шланговый 
клапаны — их достоинством является малое время открывания и закрывания, а также то, что движущиеся детали 
клапана изолированы от потока перекрываемой среды.
Клапан, затвор которого перемещается вручную при 
помощи винтовой пары, называется вентилем. Вентили 
являются наиболее массовым типом арматуры, поскольку 
могут использоваться как для перекрытия, так и для регулирования среды.
Краны имеют малые габаритные размеры, применяются для среды с повышенным давлением при температурах до 150...200 °C. Наиболее современной конструкцией 
арматуры является шаровый кран — кран, запирающий 
или регулирующий элемент которого имеет сферическую 
форму. Подвижным элементом (затвором) таких кранов 
служит пробка сферической формы — шар, по оси которой выполнено сквозное круглое отверстие для прохода 
среды. В проходных кранах для полного закрытия или открытия прохода достаточно повернуть шар на 90°. Диаметр 
отверстия чаще всего соответствует внутреннему диаметру 
трубопровода, на который устанавливается кран, называющийся в этом случае полнопроходным. Гидравлические потери при проходе рабочей среды через полностью 
открытый кран весьма малы, практически такие же, как 
при проходе среды через трубу, равную по длине корпусу 
крана, что в разы меньше, чем в других типах запорной 
арматуры. Это ценное качество сделало шаровые краны 
основным запорным устройством на линейной части магистральных газопроводов.
Заслонки имеют минимальную строительную длину и высоту, дешевы в изготовлении, просты в эксплуатации, однако их применение ограничено температурой 
среды в 100 °C вследствие низкой герметичности резиновых уплотнительных колец.

1. Общие сведения о конструировании арматуры

1.2. Выбор материалов для деталей арматуры

Требования к материалам деталей:
x стойкость против коррозии и эрозии, так как разъедание уплотняющих органов кислородом и щелочами, содержащимися в среде, приведет к нарушению плотности;

x устойчивость против эрозии — износа, вызываемого механическими и отчасти химическими процессами, протекающими при движении теплоносителя с большими скоростями;

x устойчивость против задирания, так как при перемещении сильно прижатых друг к другу пластин 
сдирается поверхностный слой металла;

x твердость (высокие показатели прочности) для 
предотвращения механических повреждений при 
попадании твердых посторонних частиц;

x соответствие технологическим требованиям (возможность обработки, наплавки металла, термообработки).
В сплавы, из которых изготавливается арматура, 
обычно входит хром, никель, молибден, вольфрам и др.
Шпиндели, передавая на запорные органы значительные усилия, сами подвергаются высоким напряжениям. Чтобы не выполнять шпиндели большого диаметра, 
что приводит к неоправданному увеличению размеров 
других элементов арматуры, металл должен обладать высокими прочностными свойствами. Шпиндели изготавливаются из нержавеющей стали либо из углеродистых 
и низколегированных сталей с последующей обработкой 
поверхности.
Корпусы, крышки, тарелки изготавливают из чугуна, 
стального и цветного литья и из поковок. Чугун применяется до умеренного давления (наивысшее допускаемое — 
4 МПа при температуре не выше 400 °C). Ограниченное 
применение чугуна объясняется его хрупкостью и невысокими прочностными показателями. Цветное литье из

1.2. Выбор материалов для деталей арматуры

за низкой жаропрочности допускается при температуре 
среды до 250 °C. В современных условиях крупные части 
арматуры изготавливаются из стального литья и поковок. 
При температурах среды не выше 450 °C — из углеродистого стального литья; при более высоких температурах 
(570...580 °C) применяются низколегированные жаропрочные стали, содержащие хром, молибден, ванадий. Молибден и ванадий повышают жаропрочность; хром добавляют 
для исключения графитизации. При температуре среды 
выше 570...580 °C для корпусов, крышек, тарелок приходится использовать аустенитную сталь с высоким содержанием хрома, никеля и других элементов.
Для прокладок и сальниковой набивки применяются неметаллические материалы. В качестве прокладок 
фланцевых соединений задвижки (например, между корпусом и крышкой) используют технический картон толщиной до 1,5 мм, проваренный в натуральной олифе, 
и паронит — листовой материал, изготовленный из асбеста, каучука и наполнителей. Выпускают паронит в виде 
листов серого цвета толщиной 0,3...6 мм. Из паронита делаются прокладки для арматуры с условным давлением 
теплоносителей не более 10 МПа и температур не выше 
420...450
°C. При более высоких значениях давлений 
и температур среды применяются металлические прокладки, плоские или спирально навитые, из алюминия, меди, 
никеля.
Для сальниковых уплотнений применяются различные набивки, изготавливаемые преимущественно из асбеста и графита. Сальниковая набивка должна удовлетворять ряду серьезных требований, особенно при высоких 
параметрах теплоносителей, так как при высоком давлении пар быстро разъедает набивку:

x обеспечить абсолютную плотность;
x быть стойкой;
x не задирать шпиндель;
x обладать малым коэффициентом трения.

1. Общие сведения о конструировании арматуры

Для уплотнения воды при температуре до 250 °C 
применяется асбестовый шнур, пропитанный высококачественным цилиндровым маслом для уменьшения влагопроницаемости набивки. Асбестовые кольца укладываются в сальниковую камеру после протирания графитом. 
Для сальников паровой арматуры применяются кольца 
из сырого асбестового шнура, протираемого графитом, 
т.к. применение промасленного шнура для паровой арматуры недопустимо.

1.3. Принципы проектирования задвижек

Арматура должна обеспечивать длительное и надежное выполнение своих функций как элемент трубопроводной системы, поэтому конструирование арматуры 
необходимо производить с учетом всех требований, предъявляемых к ней в отношении прочности, коррозионной 
и эрозионной стойкости, удобства управления, гидравлической характеристики и т.д.
Конструирование любого изделия должно производиться лишь на базе заранее подготовленных и четко 
определенных технических данных.
Основные и
первостепенные исходные данные, 
необходимые для проектирования:

x назначение арматуры;
x рабочее давление среды;
x рабочая температура среды;
x диаметр прохода;
x строительная длина;
x способ присоединения к трубопроводу;
x способ управления арматурой;
x источник энергии и его характеристика.
Основными энергетическими параметрами, характеризующими арматуру, являются давление рабочей среды 
и температура. В качестве рабочей температуры принимается температура, при которой происходит длительная эксплуатация изделия, без учета кратковременных отклонений, 
допускаемых нормативно-технической документацией.