В зависимости от предназначения материалы, применяемые в трубопроводной арматуре можно разделить на следующие группы:
Уплотнительные материалы трубопроводной арматуры применяют для создания уплотнительных поверхностей изделий.Основное требование к таким материалам — это способность сопротивляться механическим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации трубопроводной арматуры. Материалы должны обладать упругостью, не плохо шлифоваться, иметь хорошие антифрикционные свойства.
Прокладочные материалы используют для изготовления уплотнительных прокладок. Это может быть резина, фторопласт и т. п. Такие материалы легко обрабатываться, выдерживать температурные воздействия, противостоять воздействию агрессивных жидкостей.
Герметизирующие материалы применяются в основном для герметизации мест прохода шпинделя или штока через крышку корпуса трубопроводной арматуры. Основные характеристики, которыми должны обладать герметизирующие материалы – это упругость, термостойкость, гидрофобность.
Смазочные материалы, предназначенные для обеспечения снижения трения в подвижных узлах трубопроводной арматуры. Такие материалы должны обладать термостойкостью, низким коэффициентом трения, технологичностью нанесения.
К корпусу трубопроводной арматуры предъявляется основное требование - это прочность самого корпуса, поскольку именно эта деталь изделия принимает на себя все механические напряжения, связанные с транспортировкой рабочей среды. Кроме того, на корпус действуют динамические нагрузки, возникающие при монтаже на трубопроводе и во время работы.
Сталь представляет из себя сплав железа с низким содержанием углерода. Сталь широко применяется для изготовления корпусов трубопроводной арматуры. Такую популярность этот материал приобрел благодаря хорошим литейным качествам, пластичности, легкости обработки. Твердость стали меньше, чем у чугуна. Сталь не обладает хрупкостью, то есть не колется. Она хорошо подвергается механической обработке - точению, сверлению, фрезерованию, шлифованию.
Трубопроводная арматура из стали может работать при высоких температурах, эксплуатироваться со всеми видами сред, в том числе агрессивными.
Также для изготовления корпусов используется легированная сталь. Это сталь с добавлением легирующих элементов для получения определённых свойств. За счет легирующих добавок повышается прочность стали и верхний температурный предел рабочего диапазона, повышаются коррозионная стойкость и твердость.В отличие от обычной конструкционной стали легированные стали часто не обладают ферромагнитными свойствами.
Трубопроводная арматура из легированных сталей может применяться в условиях Крайнего Севера.
Основными методами изготовления корпусов изделий из стали: литье, ковка, штамповка, сварка и комбинированный способ.
Чугун - это сплав железа с углеродом. В отличие от стали в чугуне повышенное содержание углерода.
Благодаря высокой прочности, низкой стоимости и отличным литейным качествам чугун активно используют при производстве трубопроводной арматуры.Основным недостатком чугуна как корпусного материала является высокая хрупкость. Чугунные изделия легко повреждается при воздействии на них ударной нагрузки или растяжения.
Существует несколько видов чугуна, используемых для изготовления корпусов арматуры:
Серый чугун – СЧ.
Это хрупкий материал с хорошими литейными показателями.
Ковкий чугун – КЧ.
Данный вид чугуна обладает более высокой вязкостью, прочностью и меньшей хрупкостью чем СЧ.
Высокопрочный чугун – ВЧ.
Высокопрочный чугун имеет в составе графитовые включения. ВЧ в лучшую сторону отличается высоким пределом прочности при растяжении, сжатии и изгибе и наименьшей хрупкостью.
Латунь так же, как и бронза представляет из себя сплав меди и цинка с небольшими добавками других металлов.
Латунь - очень пластичный металл, обладает хорошими литейными свойствами, хорошо подвергается механической обработке, отлично шлифуется и полируется. Такие свойства позволяют получить очень высокое качество поверхности изделий из латуни.Так же высокое качество шлифовки позволяет изготавливать уплотнительные поверхности седла (запорного элемента) прямо на корпусе запорно-регулирующей арматуры без нанесения слоя другого металла.
В отличие от латуни бронза при точении образует не витую стружку, а мелко крошится, но при этом качество поверхности после обработки получается достаточно высоким.
Преимущество латуни и бронзы - это высокая коррозионная стойкость в воде и парах, эстетичность. Недостаток – это их высокая стоимость. Из-за этого латунь и бронзу используют только для изготовления арматуры малого диаметра.
Латунная и бронзовая трубопроводная арматура нашла применяются в трубопроводных системах транспортирующих рабочую среде при температуре более 2500С. Также латунь и бронзу применяют для производства трубопроводных элементов малого диаметра, в том числе и уплотнительных колец.
Алюминий – это материал, обладающий малой плотностью, что делает арматуру из него очень легкой. Это пластичный металл, который хорошо отливается и так же легко подвергается пластической обработке. Недостаток алюминия - это малая прочность по сравнению с ранее рассмотренными корпусными материалами. Алюминиевые сплавы применяются для специальной арматуры малых размеров, работающей при температурах до 100 0С.
Арматура из алюминия обладает высокой стойкостью к коррозии, благодаря образованию оксидной пленки.
Никелевые сплавы представляют из себя никель с добавками различных металлов. Сплав никеля - это пластичный, прочный материал. Такие сплавы хорошо сопротивляются воздействию морской воды.
Никель и его сплавы обладают рядом ценных свойств. Трубопроводная арматура из никелевого сплава отличается хорошими эксплуатационными параметрами и может работать в диапазоне от −2710С до +6000С.
Титан - серебристо белый легкий металл, имеет высокую температуру плавления. Титан в основном применяется в авиации, а также в технике как металл, хорошо противостоящий коррозии. В основном из титана изготавливают химическую арматуру. Стоимость титана довольно высока, поэтому арматуру общепромышленного назначения из него не изготавливают.
Титановые и никелевые сплавы используются для производства только специальной трубопроводной арматуры.
Пластмасса – это материал, который легко воспламеняется и имеют низкую прочность. Винипласт (поливинилхлорид, полихлорвинил) и полиэтилен нашли наиболее широкое применение для изготовления трубопроводной арматуры.
Арматура из пластмасс отличается дешевизной, высокой химической стойкостью. Однако, она не может эксплуатироваться при больших давлениях рабочей среды. Пластмассовая арматура отлично показывает себя в трубопроводных системах с низким давлением.
Если материал корпуса арматуры не позволяет получить удовлетворительное качество уплотнительной поверхности седла, то в данном случае для улучшения герметичности затвора трубопроводной арматуры как раз и применяются уплотнительные материалы.
Чтобы получить необходимое качество герметичности затвора производится наплавка колец из другого материала в пламени электрической дуги или ацетиленовой горелки с последующей механической обработкой поверхности кольца. Такие материалы должны обладать коррозионной стойкостью, хорошими антифрикционными свойствами, легко подвергаться обработке. В основном кольца уплотнения изготавливаются из нержавеющей стали, латуни, бронзы, монели.
Для повышения герметичности узлов корпус-крышка, а также мест соприкосновения арматуры и трубопровода, применяются уплотнительные прокладки.
Выбор уплотнительных материалов весьма широк. Они бывают как металлические, так и неметаллические.
Один из популярных вариантов - резиновые прокладки, характеризующиеся упругостью, но малой прочностью. Резиновые уплотнительные прокладки вырезаются или штампуются из листовой резины. Обычная резина выдерживает температуры до 50 0С, а специальная теплостойкая до 140 0С. Их нельзя использовать при высокой температуре из-за горючести материала.
В зависимости от сорта резины, прокладки обладают средней или высокой степенью релаксации, то есть способностью восстанавливать свою форму после снятия нагрузки. Данное свойство позволяет в некоторых случаях использовать резиновую прокладку повторно после разборки соединения.Асбест - это неорганический природный материал белого цвета. Асбестовые прокладки обладают огнестойкостью и предназначены для уплотнения узлов, работающих при высокой температуре среды. Это рыхлый и некрепкий материал, поэтому в него добавляют графитовый порошок для улучшения прочности и стойкости к трению. Выпускается в виде листового материала или шнуров.
Паронит выпускается в виде листов толщиной до 6 мм. Он является самым популярным уплотнительным материалом так как легко режется, рубится и из него можно вырезать фигурные прокладки.
Для уплотнения резьбовых соединений используют льняную прядь, препятствующую развинчиванию соединения. Льняная прядь обладает хорошей упругостью, что позволяет при монтаже даже сделать часть оборота в направлении развинчивания соединения без потери герметичности.
Так же для герметизации резьбовых соединений применяют ленту ФУМ - фторопластовый уплотнительный материал. Он обладает низким пределом текучести, то есть легко уплотняется. Фторопласт технологичен в применении, выпускается на катушках в виде лент различной толщины.
Такие материалы используются для обеспечения герметичности сальниковых узлов арматуры. Применение герметизирующих материалов препятствует перетеканию рабочей среды через зазоры а местах прохода органа управления арматурой через корпус или крышку корпуса.
Сальниковые набивки отличаются повышенной упругостью, устойчивостью к воздействию высокой температуры, малым коэффициентом трения. Они применяется очень широко благодаря простоте замены, низкой стоимости, широкому выбору материалов.
Для сальниковой набивки применяют различные материалы. Это стекловолокно, тальк, хлопчатобумажные материалы, фторопласт, графит.
Фторопласт применяется при наличии агрессивной среды или при повышенных температурах. Графит может использоваться в качестве смазочного материала или как самостоятельная набивка при высоких температурах.
Сальниковая набивка из хлопчатобумажных материалов, пеньки и асбеста выпускается в виде шнура прямоугольного сечения.
Для создания более эффективной сальниковой набивки используют ранее отформованные кольца. Кольца набивки должны укладываться так, чтобы разрез предыдущего кольца перекрывался следующим кольцом.Данные материалы при использовании в трубопроводной арматуре подразделяются на следующие виды - антифрикционные, защитные, уплотняющие.
Деление на группы происходит в зависимости от рабочей температуры. При эксплуатации арматуры в условиях высоких температурах в состав смазки входит коллоидный или чешуйчатый графит. В основном применяют смазки на основе нефтепродуктов.