Дисковий затвор чи засувка: що економічніше?

Вибір між дисковим затвором і засувкою є ключовим для багатьох інженерних рішень, особливо коли йдеться про системи, де важлива економічна доцільність. Хоча обидва типи арматури виконують схожі функції – перекриття потоку, вони мають суттєві відмінності в конструкції, застосуванні, вартості та експлуатаційних характеристиках, які безпосередньо впливають на загальну економіку проекту.

Засувка: надійна класика

Засувка — це найпоширеніший тип запірної арматури, що використовується для повного відкриття або закриття трубопроводу. Її конструкція передбачає рух запірного елемента (клинового, паралельного чи шиберного затвора) перпендикулярно до осі потоку. Засувка ідеально підходить для застосувань, де потрібне повне перекриття потоку без гідравлічного опору, оскільки у відкритому стані вона забезпечує прямий прохід.

Серед переваг засувки:

• Мінімальний гідравлічний опір: Коли засувка повністю відкрита, її запірний елемент знаходиться поза потоком, що забезпечує прямий прохід. Це мінімізує втрати тиску та енергії на перекачування середовища, що в довгостроковій перспективі призводить до значної економії електроенергії для насосів.
• Довговічність та надійність: Проста та міцна конструкція засувки забезпечує її високу зносостійкість. Вона менш схильна до зносу ущільнювальних поверхонь під час роботи, оскільки рух запірного елемента відбувається без тертя об сідла під тиском.
• Можливість ремонту: Більшість засувок мають розбірну конструкцію, що дозволяє замінювати зношені деталі, такі як прокладки, шток або ущільнювальні кільця, без заміни всієї арматури. Це значно знижує експлуатаційні витрати.
• Універсальність застосування: Засувки можуть використовуватися в широкому діапазоні тисків і температур, для різних середовищ, включаючи агресивні.

Недоліки засувки та їх економічні наслідки:

• Великі габарити та вага: Конструкція засувки, особливо великого діаметра, є масивною та важкою. Це вимагає більших витрат на транспортування, монтаж та додаткові опорні конструкції, що збільшує загальну вартість проекту.
• Довгий час відкриття/закриття: Для повного перекриття потоку засувці потрібна велика кількість обертів маховика, що робить її неоптимальною для систем, де потрібне швидке реагування. У системах автоматизації це може вимагати потужніших приводів, що також збільшує вартість.
• Вища початкова вартість: Виготовлення засувки вимагає більшої кількості матеріалів та складнішої технології, що робить її дорожчою за дисковий затвор, особливо для малих і середніх діаметрів.
• Ризик гідроударів: Через довгий хід штока та велику масу запірного елемента при швидкому закритті може виникнути гідроудар, який може пошкодити трубопровід або інше обладнання, що призведе до додаткових витрат на ремонт.

Дисковий затвор: компактність і швидкість

Дисковий затвор, або “метелик” (butterfly valve), отримав свою назву завдяки формі запірного елемента — диска, що обертається навколо своєї осі всередині корпусу. Це універсальна арматура, яка може використовуватися як для повного перекриття, так і для регулювання потоку.

Основні переваги дискового затвора:

• Компактність та мала вага: Дисковий затвор має значно менші габарити та вагу порівняно із засувкою аналогічного діаметра. Це суттєво спрощує та здешевлює його транспортування, монтаж та обслуговування. Менша вага також зменшує навантаження на трубопровід і опорні конструкції.
• Низька початкова вартість: Проста конструкція та менша кількість матеріалів для виготовлення роблять дисковий затвор значно дешевшим за засувку, особливо для великих діаметрів. Це є однією з головних причин його популярності в бюджетних проектах.
• Швидкість та простота керування: Запірний елемент дискового затвора повертається лише на 90° для повного відкриття або закриття, що робить його ідеальним для систем, де потрібне швидке реагування. Це дозволяє використовувати менш потужні та дешевші приводи, а також знижує ризик гідроудару.
• Можливість регулювання: Дисковий затвор може частково перекривати потік, що дозволяє використовувати його як регулювальну арматуру, хоча з меншою точністю, ніж спеціалізовані регулювальні клапани.

Недоліки дискового затвора та їх економічні наслідки:

• Високий гідравлічний опір: Навіть у повністю відкритому стані диск залишається в потоці, створюючи турбулентність та гідравлічний опір. Це призводить до постійних втрат тиску та зростання енергоспоживання насосів, що може нівелювати початкову економію на вартості арматури.
• Обмежений термін служби: Ущільнення дискового затвора, як правило, виконується у вигляді еластичної манжети (гуми, EPDM, PTFE), яка з часом зношується. Заміна такої манжети може бути складнішою, ніж заміна ущільнень у засувці, а у разі нерозбірної конструкції вимагатиме повної заміни арматури.
• Обмеження по тиску та температурі: Більшість дискових затворів з м’яким ущільненням мають обмеження по робочому тиску та температурі, що не дозволяє їх використання у високотемпературних або високотискових системах. Для таких умов використовуються затвори з металевим ущільненням, які значно дорожчі.
• Непридатність для густих середовищ: У відкритому положенні диск створює зону застою, де можуть накопичуватися тверді частинки або осад, що призводить до заклинювання або зносу ущільнень.

Економічний аналіз: приклади та порівняння

Вибір між засувкою та дисковим затвором повинен базуватися на комплексному аналізі, що враховує не лише початкові інвестиції, а й загальну вартість володіння, яка включає:

• Капітальні витрати: Вартість арматури, її транспортування та монтажу.
• Операційні витрати: Енергоспоживання насосів, витрати на обслуговування, ремонт та заміну.

Приклад 1: Система водопостачання міста (діаметр DN500)

• Початкові витрати: Дисковий затвор DN500 буде коштувати в 3-5 разів дешевше засувки аналогічного діаметра. Монтаж дискового затвора також буде швидшим та дешевшим через його меншу вагу. Це робить дисковий затвор дуже привабливим на етапі будівництва.
• Операційні витрати: Дисковий затвор створює значний гідравлічний опір, що призводить до постійних втрат тиску. Для підтримки необхідного напору насоси будуть споживати більше електроенергії. Засувка ж, у відкритому стані, практично не створює опору. На довгих ділянках трубопроводу різниця в енергоспоживанні може сягати сотень тисяч гривень на рік.

Висновок: Для великих систем з постійним потоком, де арматура залишається відкритою протягом тривалого часу, засувка є економічно вигіднішим варіантом у довгостроковій перспективі, незважаючи на високу початкову вартість. Економія на електроенергії швидко окупить різницю в ціні.

Приклад 2: Система опалення житлового будинку (діаметр DN80)

• Початкові витрати: Дисковий затвор DN80 значно дешевший та простіший у монтажі. Його компактність дозволяє встановлювати його в обмежених просторах, що часто трапляється в теплових пунктах.
• Операційні витрати: У системах опалення тиск зазвичай невисокий, а довжина трубопроводів відносно невелика. Гідравлічний опір дискового затвора не створює критичних втрат тиску, а тому не призводить до значного збільшення енергоспоживання циркуляційних насосів.

Висновок: Для малих та середніх діаметрів у системах з низьким тиском, де арматура не працює постійно (наприклад, для перекриття окремих контурів), дисковий затвор є оптимальним вибором з погляду економічної доцільності. Його низька початкова вартість, компактність і простота обслуговування є ключовими перевагами.

Що вибрати?

Засувка — найкращий вибір для магістральних трубопроводів великого діаметра, де потрібна максимальна пропускна здатність і мінімальні втрати тиску. Її висока початкова вартість окуповується значною економією на електроенергії протягом усього терміну експлуатації.

Дисковий затвор — оптимальне рішення для систем меншого діаметра, де ключовими факторами є низька початкова вартість, компактність і швидкість спрацювання. Він ідеально підходить для водопостачання, опалення, вентиляції та кондиціювання, а також у випадках, коли арматура використовується для періодичного перекриття потоку.