Дисковые поворотные затворы относятся к семейству четвертьоборотной запорно-регулирующей арматуры (Рисунок 1). Благодаря своему небольшому весу, компактности, низкой стоимости, простоте эксплуатации дисковые затворы активно используются в различных отраслях промышленности: фармацевтике, химической и нефтяной отраслях, пищевой промышленности, в системах водоснабжения и канализации, противопожарной защиты, газоснабжения, транспортировки топлива и др.
Принцип работы дисковых затворов схож с принципом действия шаровых кранов. Когда затвор открыт, поток рабочей среды спокойно проходит сквозь него. При закрытии диск поворачивается на 90° (четверть оборота), занимая положение, перпендикулярное потоку, и тем самым перекрывает его.
Дисковые затворы имеют относительно простую конструкцию. Составные части дискового затвора: рукоятка, вместо которой может быть установлен привод (A), шток (B), уплотнение штока (C), уплотнение между корпусом и диском (D), диск (E), корпус (F). В закрытом положении диск перпендикулярен потоку, как показано на Рисунке 2. Герметичность обеспечивается уплотнениями штока и диска.
Обычно дисковые затворы используют как запорную арматуру, но их так же можно ставить и как регулирующую. И такие затворы могут иметь линейную или равнопроцентную расходную характеристику.
- Линейная характеристика: скорость потока и расход имеют линейную зависимость от величины вращения диска. Иными словами, при открытии затвора на X% скорость потока, а следовательно, и расход составят X% от своей максимальной величины. Например, если диск открыт на 1/3 оборота (30°), расход составит 33,3% от максимального.
- Равнопроцентная характеристика: увеличение степени открытия затвора приведет к равнопроцентному изменению скорости потока и расхода (логарифмическая зависимость). Например, если, перемещение затвора с положения открытия на 30° в положение открытия на 40° увеличивает расход со 100 до 170 м3/час (70%), то перемещение с 40° до 50° увеличивает расход со 170 до 289 м3/час (что также составляет увеличение на 70%).
В зависимости от положения штока относительно диска и угла посадочной поверхности, дисковые затворы подразделяются на концентрические и эксцентрические. Первые используются как запорные, вторые могут использовать как регулирующие или для высоких давлений в системе.
- Концентрические затворы – самый распространенный тип дисковых затворов. При таком типе конструкции шток проходит через центральную ось диска, который установлен по центру трубы (Рисунок 3, слева). Концентрические затворы обычно используются для использования в системах низкого давления. Эффективное уплотнение и герметичность системы при закрытом положении затвора обеспечивает резиновое седло, которого диск начинает касаться при повороте примерно на 85°.
- Эксцентрические затворы. В затворах такого типа шток проходит не через центральную ось диска, а за ней (противоположно направлению потока) (Рисунок 3, справа). Затворы такой конструкции называются затворами с одним эксцентриситетом. Данная конструкция была разработана для увеличения срока службы затвора за счет уменьшения контакта диска с уплотнением. В настоящее время широко распространены также дисковые затворы с двумя или тремя эксцентриситетами. В затворах с двойным эксцентриситетом шток расположен за диском с дополнительным смещением в одну сторону (Рисунок 4). Двойной эксцентриситет штока позволяет вращающемуся диску контактировать с седлом в диапазоне 1°-3° до полного закрытия.
Дисковый затвор с тройным эксцентриситетом устроен аналогично затвору с двойным эксцентриситетом. Тройной эксцентриситет достигается благодаря смещению вершины конусов уплотняющих поверхностей седла и диска относительно оси проходного сечения трубопровода, что обеспечивает минимальный контакт диска и седла до полного закрытия клапана. По этой причине затворы с тройным эксцентриситетом более надежны и обеспечивают более длительный срок работы системы. Часто седла таких затворов изготавливаются из металла, что позволяет использовать их в более высоком температурном диапазоне.
Как и шаровые краны, дисковые затворы затворы могут управляться вручную с помощью рукояток и редукторов или автоматически с помощью электрических, пневматических или гидравлических приводов. Эти устройства позволяют точно поворачивать диск затвора в различные положения: от полностью открытого до полностью закрытого. Ниже приводится краткое описание различных типов управления:
- Рукоятки обычно используются для небольших затворах и могут зафиксировать их в открытом, полуоткрытом или закрытом положении.
- Редуктора предназначены для затворов большего размера и используют шестерню для увеличения крутящего момента за счет уменьшения скорости открытия и закрытия. Дисковые затворы с редуктором могут быть дополнительно оснащены индикаторами положения затвора.
- Электрический привод открывает-закрывает благодаря электроэнергии которая подается на двигатель привода, в результате чего с помощью червячной передачи происходит вращение диска.
- Пневматический использует энергию сжатого воздуха.
- В основе принципа работы гидропривода находится закон Паскаля. Принцип действия схож спринципом работы пневмопривода, только вместо воздуха жидкость.