Затворы Баттерфляй (Дисковые Поворотные): История, Конструкция и Применение
Затворы баттерфляй (или дисковые поворотные затворы) — это один из наиболее популярных и универсальных типов трубопроводной арматуры, используемый как для перекрытия (запирания), так и для регулирования потока рабочей среды. Свое поэтичное название "баттерфляй" (англ. butterfly — бабочка) они получили благодаря принципу действия: тонкий диск вращается вокруг своей оси, напоминая полет бабочки.
📜 История Создания Затворов Баттерфляй
Концепция поворотного дискового механизма уходит корнями в глубокую историю.
Ранние Разработки (XVIII век): Одним из первых, кто применил принцип поворотного диска для регулирования потока в инженерных системах, был шотландский изобретатель Джеймс Уатт. Он использовал устройство, схожее с современным дисковым затвором (дроссельную заслонку), в конструкции своей паровой машины. В то время эти затворы имели ограниченную сферу применения из-за отсутствия надежной герметичности.
Промышленное Применение (XIX – начало XX века): Поворотные заслонки продолжали использоваться в низкотемпературных и низконапорных системах, а также как дроссельные заслонки в карбюраторах (например, в первых автомобилях Mercedes). Однако из-за утечек они не могли конкурировать с клиновыми задвижками и шаровыми кранами в системах высокого давления.
Революция Тефлона (1930-е – 1960-е годы): Истинный прорыв произошел благодаря развитию химической промышленности. В 1938 году было открыто полимерное соединение политетрафторэтилен (ПТФЭ), более известное как тефлон. Использование высокоэластичных и стойких полимерных материалов, таких как EPDM и PTFE, в качестве уплотнительных манжет позволило добиться высокой герметичности (вплоть до класса А) даже при больших диаметрах. С 1960-х годов дисковые затворы баттерфляй стали широко производиться и применять в современном виде.
⚙️ Конструкция и Принцип Работы
Затвор баттерфляй относится к типу запорно-регулирующей арматуры с четвертьоборотным (90°) принципом действия.
Основные Элементы Конструкции
Корпус: Обычно имеет малую строительную длину и вес. Изготавливается из чугуна, углеродистой, нержавеющей или легированной стали. По способу присоединения наиболее распространены:
Межфланцевые (Wafer): Устанавливаются между фланцами трубопровода и стягиваются болтами. Самый компактный и популярный тип.
Двухфланцевые (Flanged): Крепятся к трубопроводу с помощью собственных фланцев на корпусе.
Диск (Затвор): Имеет форму плоского или аэродинамического диска. Является запорным и регулирующим элементом.
Открытое положение: Плоскость диска расположена параллельно потоку (поворот на 90°).
Закрытое положение: Плоскость диска расположена перпендикулярно потоку (поворот на 0°).
Шток (Ось): Проходит через диск и соединяет его с приводом.
Уплотнение (Манжета или Седло): Элемент, обеспечивающий герметичность между диском и корпусом. Чаще всего это эластичная манжета из EPDM, NBR (для воды, газа, нефтепродуктов) или PTFE (для агрессивных сред). В моделях с высокой герметичностью манжета часто выступает за края корпуса, выполняя роль межфланцевой прокладки.
Принцип Действия
Управление осуществляется поворотом штока (рукояткой, редуктором, электро- или пневмоприводом) на угол 90°. При этом диск поворачивается, либо полностью перекрывая проход (запорная функция), либо частично, позволяя регулировать расход среды (регулирующая функция).
🎯 Особенности и Сферы Применения
Затворы баттерфляй обладают рядом ключевых преимуществ, которые обуславливают их широкое распространение, а также некоторыми ограничениями.
Преимущества
Компактность и Малый Вес: Имеют минимальную строительную длину по сравнению с задвижками, что критично для трубопроводов большого диаметра.
Быстродействие: Перекрытие потока осуществляется всего на 90°, что обеспечивает высокую скорость срабатывания (особенно с электро- и пневмоприводами).
Возможность Регулирования: Могут использоваться для дросселирования и регулирования потока.
Не Требуют Прокладок: Эластичная манжета часто выполняет функцию межфланцевой прокладки.
Низкое Гидравлическое Сопротивление: В полностью открытом состоянии сопротивление потоку минимально.
Особенности и Ограничения
Частичное Сопротивление: В открытом положении диск находится в потоке, что вызывает некоторое сопротивление и падение давления.
Рабочее Давление: Традиционные затворы с мягким уплотнением обычно рассчитаны на средние и низкие давления (PN 10-16 бар). Для высокого давления применяются специальные конструкции с двойным или тройным эксцентриситетом.
Герметичность в Регулировании: Длительное использование в режиме частичного открытия (регулирования) может приводить к эрозии и износу уплотнительной манжеты.
Сферы Применения
Затворы баттерфляй стали незаменимыми элементами в следующих отраслях:
Водоснабжение и Канализация: Идеальны для труб большого диаметра, где критичен вес и компактность.
Теплоснабжение: Используются в системах горячего водоснабжения (при условии применения термостойких уплотнений, например, EPDM).
Вентиляция и Кондиционирование: Применяются для регулирования потока воздуха и газов.
Пищевая и Химическая Промышленность: Используются модели из нержавеющей стали с PTFE уплотнениями, стойкими к агрессивным и пищевым средам.
Нефтегазовая Отрасль: Используются в системах низкого и среднего давления, особенно в обвязке резервуаров.
Таким образом, затвор баттерфляй — это современное, экономичное и универсальное решение, которое благодаря развитию полимерных технологий стало одним из ключевых компонентов в сфере трубопроводной арматуры.