Они действительно похожи, как по внешнему виду, так и по назначению. Для пущей сложности в быту их не совсем верно называют запорными кранами. Путаницу дополняют полуоборотные краны, шаровые и дисковые (т. н. задвижка Баттерфляй). К тому же вентиля инженерами уже давно таковыми не называются. С 1982 года принято называть их запорными клапанами. Вентиль остался его обиходным названием. Вот в такой путанице терминов нам и предстоит разобраться. И кроме основного вопроса, постараемся ответить на схожие:

• чем отличается кран от задвижки;
• чем отличается кран шаровый от задвижки.

Вентили с задвижками — разновидности трубной арматуры. Применяются для полного перекрывания, открывания, а в некоторых случаях и регулирования потока среды в трубе. Хотя для специалистов это два различных механизма, существенно отличающихся по устройству, свойствам и сфере применения.

Задвижка

Задвижки — это трубная арматура, в которой запирающая деталь движется под прямым углом к направлению движения среды в трубопроводе. Используются преимущественно для полного перекрывания и открывания потока, редко — для его регулирования. Сферой их применения являются трубопроводы различного хозяйственного назначения, диаметром от 15 мм до 2 м, с рабочим давлением в системе p ≤ 25 атм и T ≤ 560 °C.

Размер задвижки обычно соответствует сечению трубопровода. В ее корпусе имеется два внутренних седла, внутрь корпуса через крышку помещен затвор, присоединенный к шпинделю. Шпиндель в свою очередь соединен с ходовой гайкой. При вращении одного из них (вручную за штурвальное колесо, либо с помощью электропривода) производится перемещение затвора для перекрывания/открывания потока.

Достоинства и недостатки

Основным отличием задвижки является ее низкое гидравлическое сопротивление, что особенно ценно применительно к магистральным трубопроводам, где важны низкие энергетические потери при прокачивании жидкостей и газов на значительные расстояния.

К минусам данного устройства относят:

• значительную строительную высоту (за счет выдвижного шпинделя);
• большое требуемое время на закрывание и открывание;
• изнашиваемость уплотнительных элементов в процессе эксплуатации;
• опасность заклинивания при загрязнении, низких рабочих температурах.

По типу затвора, задвижки бывают

1. Клиновые (седла располагаются под углом одно к другому, затвор — клиновидный):

• задвижка клиновая с жестким клином (ее вариант — задвижка с обрезиненным клином);
• двухдисковые (клинкетная задвижка);
• с упругим клином.

2. Параллельные (седла — параллельно расположенные, запирающие диски затвора — тоже).

3. Шиберные задвижки (тип с единственным запирающим диском, в т.ч. задвижка шиберная с электроприводом).

4. Шланговая — запирание потока производится путем передавливания затвором гибкого резинового шланга.

По способу изготовления и материалу бывают

• литые (задвижка чугунная, из алюминиевого, стального литья);
• стальные штамповано-сварные.

Вентиль

Отличие вентиля от задвижки в том, что у него запорный элемент (тарельчатый (золотниковый), игольчатый) движется параллельно относительно потока вещества в трубе. Вентиль запорный (правильно — клапан) также используется преимущественно для перекрывания движения среды в трубе, но может применяться и для регулирования гидравлического сопротивления в трубопроводе (интенсивности потока).

Вентили запорные обеспечивают лучшую герметизацию при перекрытии потока, потому применяются в гораздо более тяжелых условиях (давление в системе от полного вакуума до 250 атм, температурный режим от -200 до +600 °С). Но за это приходится расплачиваться размером — клапаны применяются только на трубах с относительно небольшим сечением (Ду 15-150). На трубах большего диаметра сила давления потока вещества на параллельно движущийся золотник значительно утяжеляет управление им.

Конструкция вентильного клапана существенно отличается — состоит из корпуса с внутренним седлом, которое перекрывается золотниковым затвором. Золотник приводится в движение поворотным шпинделем, двигающимся по ходовой гайке бугельного узла. Вращение шпинделю придается ручным штурвальным колесом или приводным электродвигателем.

По характеру подсоединения патрубков к трубопроводной сети бывают: вентиль фланцевый, муфтовый, штуцерный. По способу и материалу изготовления обычно бывают литыми (вентиль чугунный фланцевый, из алюминиевых, латунных сплавов) или стальными штамповано-сварными.

Несколько отличается по конструкции прямоточный, он же . В его корпусе поток для минимизации гидравлического сопротивления максимально спрямлен. Его запирание производится золотником на наклоненном относительно оси трубопровода шпинделе. Он в наибольшей степени подходит для регулирования гидросопротивления (интенсивности тока).

Поток жидкости или газа в корпусе проходного запорного вентиля, как правило, совершает два оборота на 90 град., что обуславливает его сравнительно высокое гидравлическое сопротивление. Оно ограничивает его применение на трубопроводных магистралях в пользу более коротких распределительных трубопроводных сетей, трубопроводных систем машин и агрегатов.

Вентили имеют следующие плюсы

• короткий ход шпинделя при полном закрывании затвора;
• лучшие условия обеспечения герметичности перекрытия потока;
• минимальный износ трением уплотнений.

К существенным недостаткам относятся:

• большое гидросопротивление, что значительно повышает энергозатраты на прокачку среды, и требуемое давление в трубопроводе;
• ограниченный проходной диаметр, что не позволяет их применение на трубопроводах большого сечения (больше 15 см);
• наличие застойных зон, в которых скапливаются загрязнения.

По хозяйственному значению, различаются:

• вентиль водопроводный (вентиль для воды);
• газовый вентиль распределительной сети;
• вентиль на газовый баллон, и др.

Что лучше, задвижка или вентиль?

При всей их внешней схожести, разница между вентилем и задвижкой (в их инженерном понимании) заключается именно в способе запирания потока относительно его направления (параллельно и перпендикулярно, соответственно). Из этого вытекает различие свойств этих типов запорной арматуры, и отличие сфер их применения. Таким образом, постановка вопроса «что лучше?» является как минимум некорректной. Для каждого из этих типов в трубопроводном хозяйстве предусмотрено его особое место, где наиболее полным образом раскрываются его характеристики.

Осталось указать, что в обиходе существует значительная путаница в терминах, когда запоры вентильного типа несправедливо называют кранами. А полуоборотные краны, имеющие запирающие пробки в виде проворачивающихся тел вращения (шары, конусы, цилиндры) со сквозным отверстием в их теле, могут называть вентилями. Например, вентиль шаровый — это на самом деле шаровый кран , а терморегулирующий вентиль — клапан с термочувствительным элементом.

Затворы и задвижки в различных конструкциях выполняют схожую функцию. Но различаются они между собой заметно. В чем специфика соответствующих механизмов?

Что представляет собой затвор?

Прежде всего, стоит отметить, что затворы и задвижки можно рассматривать в разных контекстах. В основном они сопоставляются как элементы, выполняющие определенные функции в конструкции трубопроводов.

Затвор

Затвор - чаще всего запорное устройство. Но в некоторых случаях он используется и для регулирования интенсивности потока жидкости или газа в трубопроводе.

Затвор имеет довольно простую конструкцию: в нем есть блокирующий клапан в форме диска, который можно посредством рычага поворачивать вокруг оси. В положении «закрыт» данный диск перпендикулярен потоку воды. В положении «открыт» - параллелен ему.

Конструкция затвора может предусматривать также размещение регулирующего клапана и в промежуточных положениях - так, чтобы движение потока в трубопроводе осуществлялось с желаемой интенсивностью.

Как правило, герметичность блокировки потока с использованием затворов - если говорить о положении «закрыто» клапана - относительно невысока. Поэтому соответствующее устройство чаще всего задействуется в крупных трубопроводах. В них обычно нет высоких требований к герметичности запорной арматуры, поскольку давление в потоке, как правило, в таких типах инфраструктуры относительно небольшое. К подобным трубопроводам относятся те, что входят в состав вентиляционных, тепловых, газовых магистралей.

Основные достоинства затворов:

• несложная конструкция;
• простота монтажа и поддержания функциональности;
• небольшой вес, длина;
• оперативность установки регулирующего диска в крайние положения - «открыто» и «закрыто».

В числе недостатков соответствующих устройств:

• невысокая герметичность;
• необходимость задействования во многих случаях больших энергозатрат для смены позиции диска с «открыт» на «закрыт» и наоборот;
• важность инсталляции в ряде случаев редуктора по причине возможности появления крутящих моментов в процессе работы дисков.

Что представляет собой задвижка?

Задвижка - это, как и затвор, запорное устройство, используемое в конструкции трубопроводов. В большей степени, чем затвор, оно приспособлено к регулированию интенсивности потока жидкости или газа в магистрали. Конструкция задвижки также не отличается особой сложностью: в ней, как и в затворе, есть блокирующий клапан, однако не поворотный, а передвигающийся поперек трубопровода вправо-влево или вверх-вниз.

Условно говоря, в крайнем левом или верхнем положении задвижка может обеспечивать свободный поток жидкости или газа по магистрали. В крайнем правом или нижнем соответственно - полностью блокировать движение вещества. В срединном положении задвижка, таким образом, снижает интенсивность потока примерно на 50 %. При ее движении левее или вверх (если следовать нашему примеру) данный процент увеличивается. При перемещении задвижки правее или вниз - наоборот, уменьшается.

Следовательно, рассматриваемое запорное устройство позволяет очень плавно регулировать интенсивность потока жидкости или газа в трубопроводе, и в этом заключается его главное преимущество. Задвижка к тому же характеризуется высокой герметичностью. Поэтому ее можно инсталлировать на трубопроводах с небольшим диаметром и значительным давлением потока. Например, на водопроводных трубах, нефтепроводах.

Но есть у задвижек и недостатки:

• во многих случаях сложный ремонт и обслуживание;
• относительно невысокая оперативность доведения клапана до позиции полного открытия или закрытия;
• размещение зачастую на большой строительной высоте - в силу специфики конструкции.

Сравнение

Главное отличие затвора от задвижки заключается в том, что в первом запорном элементе клапан представлен диском, который вращается вокруг своей оси. Во втором - перемещается вверх-вниз или вправо-влево перпендикулярно потоку. Разница между рассматриваемыми устройствами также заметна с точки зрения:

• их герметичности;
• приспособленности к работе под высоким давлением потока;
• оперативности выставления блокирующих клапанов в положение «открыто» или «закрыто» на устройствах.

Как следствие - могут наблюдаться отличия между рассматриваемыми запорными приспособлениями и с точки зрения сферы их применения.

Более наглядно изучить то, в чем разница между затвором и задвижкой заключается с точки зрения указанных параметров, нам поможет небольшая таблица.

Таблица

Дисковый затвор выгодно отличается от задвижки по таким показателям как малое время открытия и закрытия и возможность плавного регулирования расходы среды. Правда, точность регулирования у затворов все же невысока. Открытие-закрытие затвора производится простым поворотом диска на 90 о. Для использования в качестве регулирующей арматуры предусмотрено несколько фиксированных положений. Затвор должен выбираться под определенный расход рабочей среды, который должен укладываться в поворот диска приблизительно от 15 о до 75 о. В этом диапазоне поворота диска затвор обладает пропорциональной характеристикой расхода, а поток рабочей среды не наносит вреда затвору.

Регулирование расхода рабочей среды в узкой щели приводит к интенсивной кавитации, которая разрушает седловое уплотнение и покрытие диска. Использование эластичных уплотнений в дисковых затворах надежно исключает протечки во время эксплуатации затвора , обеспечивая герметичность класса А в соответствии с ГОСТ 9544-93 (без видимых протечек) и одновременно выполняя функции защитного покрытия для элементов корпуса и диска. Износостойкость используемой резины при соблюдении условий эксплуатации гарантируется в течение 5-10 лет или до 100 тыс. закрытий и открытий. После этого может потребоваться замена уплотнения, что предполагает несложную операцию, не требующую особой квалификации. Использование же уплотнения «металл по металлу» требует очень внимательного отношения к рабочей среде, так как любое попадание в среду твердых фракций выводит его из строя. Потеря герметичности в затворе с резиновыми уплотнениями происходит постепенно, по мере выработки, а не лавинообразно, как у других уплотнений. Применение защитных покрытий на основе эластомерных и полимерных материалов для деталей, непосредственно контактирующих с рабочей средой, обеспечивает стойкость арматуры к воздействию агрессивных сред. Эластомерный или металлорезиновый вкладыш исключает контакт рабочей среды с корпусом затвора , а эластомерное или полимерное покрытие защищает диск.

Поворотные затворы могут устанавливаться в любом положении, однако затворы больших диаметров рекомендуется устанавливать в горизонтальном положении штока, так как при вертикальной установке не исключена вероятность заклинивания, связанная с попаданием твердых частиц в область штока. Простота и удобство монтажа затворов , особенно в стесненных условиях, обусловлена малой монтажной длиной (в 4,5 раза меньше, чем у традиционной задвижки). Помимо компактных размеров дисковый затвор отличается малыми весогабаритными характеристиками. Так вес одного затвора может быть до восьми раз меньше веса задвижки того же условного прохода. Это уменьшает весовую нагрузку на трубопровод и упрощает монтажные работы, потому что не требует мощного грузоподъемного оборудования и специальных монтажных площадок.

Дисковый затвор не имеет резьбовых рабочих пар. Резьбовая пара втулка-шпиндель задвижки подвергается коррозии из-за воздействия внешней среды и выходит из строя, особенно в колодцах теплотрасс, имеющих теплую и влажную окружающую среду, а также при установке задвижек на открытых площадках. Дисковый затвор , в отличии от задвижек не имеет застойных зон в проточной части, а значит, рабочая среда не застаивается в корпусе затвора даже при длительной остановке системы. Скапливающиеся в застойных зонах задвижки различные механические примеси, присутствующие в проводимой среде, рано или поздно приводят к невозможности герметичного перекрытия потока. Затвор удобен для установки на трубопроводах с теплоизоляцией. Наружный диаметр корпуса затвора не превышает наружного диаметра фланца трубопровода, а органы управления затвора расположены выше габаритного размера теплоизоляции. Для дискового затвора возможна любая автоматизация. Он может управляться как ручными средствами (рукояткой или редуктором), так и пневмо- или электроприводом отечественного либо зарубежного производства.

Задвижки и дисковые затворы являются наиболее распространенными разновидностями промышленной трубопроводной арматуры. При этом они имеют целый ряд конструктивных отличий друг от друга, напрямую определяющих их достоинства и недостатки, сферы и условия применения.

Основным рабочим органом затвора является расположенный перпендикулярно потоку среды диск . Он жестко закрепляется на оси, которая в данном случае выступает в качестве штока, то есть служит для изменения положения запорного элемента. Полностью открытому положению затвора соответствует размещение диска вдоль оси корпуса арматуры. При полном закрытии он по всему периметру прилегает к седлу, тем самым перекрывая сечение. Таким образом, для полного закрытия или открытия затвора достаточно повернуть шток на 90 градусов.

Основной рабочий орган задвижки – шибер, клин или диск – перемещается перпендикулярно потоку среды между расположенными параллельно уплотнительными поверхностями . При этом в полностью открытом положении он находится вне проходного отверстия. Перемещение запирающего элемента осуществляется путем вращения выдвижного или невыдвижного шпинделя, который может приводиться в действие вручную при помощи штурвала, в том числе через редуктор, или автоматически –многооборотным электроприводом, гидроприводом или пневмоприводом.

Преимущества и недостатки задвижек и затворов

Основные преимущества дисковых затворов:

• небольшое гидравлическое сопротивление;
• малое время открытия и закрытия;
• простота конструкции, монтажа и обслуживания;
• небольшая строительная длина и высота;
• сравнительно небольшие габариты и масса.

К числу главных недостатков затвора относятся необходимость приложения значительных усилий для перемещения при сильном напоре и большом диаметре трубопровода, невысокая герметичность в закрытом положении, повышенный износ запирающего элемента, постоянно находящегося внутри потока, а также уплотнений, при частом закрытии и открытии. Первая проблема решается путем установки редукторов и приводных механизмов. Повышения ресурса уплотнительных поверхностей и герметичности позволяет добиться применение эксцентриковых затворов.

Основные преимущества задвижек:

• минимальное гидравлическое сопротивление в открытом положении;
• достаточно высокая герметичность;
• небольшая строительная длина;
• возможность перекрытия потока вязких и загрязненных сред;
• подходят для установки на трубопроводах с меняющимся направлением потока;
• высокая сейсмостойкость;
• незначительный износ уплотнительных поверхностей даже при частой смене положения запирающего элемента.

Главными недостатками задвижек являются обусловленная особенностями конструкции значительная монтажная высота и масса арматуры, а также невысокая скорость срабатывания, даже при условии использования исполнительных механизмов. Задвижки сложнее и дороже затворов с точки зрения монтажа, обслуживания и ремонта.

Сферы применения затворов и задвижек

Дисковые затворы устанавливаются в качестве запорной (реже запорно-регулирующей) арматуры на трубопроводах, предназначенных для транспортировки чистых сред. Они активно применяются в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения в коммунальном хозяйстве, в пищевой промышленности и других сферах, когда не предъявляются повышенные требования к герметичности. Трубопроводную арматуру этого типа целесообразно устанавливать на трубопроводах большого диаметра.

Задвижки, в отличие от затворов, менее критичны к чистоте среды, давлению и температуре, при этом способны обеспечить высокую герметичность и применимы для регулирования. Их используют в системах водоснабжения и водоотведения, нефтяной и химической промышленности, когда не критичны скорость срабатывания и значительные размеры оборудования. Их целесообразно устанавливать в районах с повышенной сейсмической активностью.

Задвижки имеют следующие преимущества:

1. незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом проходе;

2. отсутствие поворотов потока рабочей среды;

3. возможность использования для перекрытия потоков среды большой вязкости;

4. относительно небольшая строительная длина;

5. возможность подачи среды в любом направлении.

К недостаткам задвижек следует отнести:

1. невозможность применения для сред с кристаллизирующимися включениями;

2. сравнительно небольшой допускаемый перепад давления на затворе;

3. невысокая скорость срабатывания;

4. возможность получения гидравлического удара в конце хода;

5. трудности ремонта изношенных уплотнительных поверхностей при эксплуатации.

Достоинства и недостатки дисковых затворов

Дисковый затвор выгодно отличается от задвижки по таким показателям как малое время открытия и закрытия, возможность плавного регулирования расхода среды. Правда, точность регулирования у затворов все же невысока. Открытие/закрытие затвора производится простым поворотом диска на 90°.

Для использования в качестве регулирующей арматуры предусмотрено несколько фиксированных промежуточных положений. Затвор должен выбираться под определенный расход рабочей среды, который должен укладываться в поворот диска приблизительно от 15° до 75°. В этом диапазоне поворота диска затвор обладает пропорциональной характеристикой расхода, а поток рабочей среды не наносит вреда затвору.

Регулирование расхода рабочей среды в узкой щели приводит к интенсивной кавитации, которая разрушает седловое уплотнение и покрытие диска. Использование эластичных уплотнений в дисковых затворах надежно исключает протечки во время эксплуатации затвора, обеспечивая герметичность класса А в соответствии с ГОСТ 9544–93 (без видимых протечек) и одновременно выполняя функции защитного покрытия для элементов корпуса и диска.

Износостойкость используемой резины при соблюдении условий эксплуатации гарантируется в течение 5–10 лет или до 100 тыс. закрытий и открытий. После этого может потребоваться замена уплотнения, что предполагает несложную операцию, не требующую особой квалификации. Использование же уплотнения «металл по металлу» требует очень внимательного отношения к рабочей среде, т.к. любое попадание в среду твердых фракций выводит его из строя. Потеря герметичности в затворе с резиновыми уплотнениями происходит постепенно, по мере выработки, а не лавинообразно, как у других уплотнений.

Применение защитных покрытий на основе эластомерных и полимерных материалов для деталей, непосредственно контактирующих с рабочей средой, обеспечивает стойкость арматуры к воздействию агрессивных сред. Эластомерный или метало-резиновый вкладыш исключает контакт рабочей среды с корпусом затвора, а эластомерное или полимерное покрытие защищает диск.

Поворотные затворы могут устанавливаться в любом положении, однако затворы больших диаметров рекомендуется устанавливать в горизонтальном положении штока, т.к. при вертикальной установке не исключена вероятность заклинивания, связанная с попаданием твердых частиц в область штока. Простота и удобство монтажа затворов, особенно в стесненных условиях, обусловлены малой монтажной длиной (в 4,5 раза меньше, чем у традиционной задвижки).

Помимо компактных размеров, дисковый затвор отличается малыми весогабаритными характеристиками. Так, вес одного затвора может быть до восьми раз меньше веса задвижки того же условного прохода. Это уменьшает весовую нагрузку на трубопровод и упрощает монтажные работы, т.к. не требуется мощного грузоподъемного оборудования и специальных монтажных площадок.

Дисковый затвор не имеет резьбовых рабочих паp. Резьбовая пара втулка-шпиндель задвижки подвергается коррозии из-за воздействия внешней среды и выходит из строя, особенно в колодцах теплотрасс, имеющих теплую и влажную окружающую среду, а также при установке задвижек на открытых площадках. Дисковый затвор, в отличие от задвижки, не имеет застойных зон в проточной части, а, значит, рабочая среда не застаивается в корпусе затвора даже при длительной остановке системы.

Скапливающиеся в застойных зонах задвижки различные механические примеси, присутствующие в проводимой среде, рано или поздно приводят к невозможности герметичного перекрытия потока. Затвор удобен для установки на трубопроводах с теплоизоляцией. Наружный диаметр корпуса затвора не превышает наружного диаметра фланца трубопровода, а органы управления затвора расположены выше габаритного размера теплоизоляции.

Для дискового затвора возможна любая автоматизация. Он может управляться как ручными средствами - рукояткой или редуктором, так и пневмо или электроприводом отечественного либо зарубежного производства.

Итог преимуществ и недостатков затворов:

Преимущества затворов:

Низкое гидравлическое сопротивление;
- малое время открытия и закрытия затвора;
- отсутствуют зоны, в которых могут скапливаться частицы и грязь;
- сравнительно небольшие габаритные размеры и масса.

Недостатки затворов:

Пониженная герметичность запорного органа;
- большие крутящие моменты на валу из-за больших неразгруженных усилий, действующих на диск;
- трудность получения расчетных пропускных характеристик при работе затвора в качестве регулирующей заслонки.