Технические характеристики и основные типы клапанов

Запорно-регулирующий клапан По сути, клапан является запорно-регулирующей трубопроводной арматурой. Это механическое приспособление, служащее для пропуска, перекрывания или регулировки поступления жидкостей, паров или газов по трубопроводу. Исходя из вышеизложенного, такое изделие можно назвать периодическим препятствием, расположенным внутри трубы. Размеры клапанов могут исчисляться нескольким сантиметрами или несколькими миллиметрами. Точный параметр зависит от параметров трубы, на которую он установлен. Конструкция может крепиться к трубопроводу посредством резьбового, фланцевого или сварного соединений.

Трубопроводная арматура нашла широкое применение во всевозможных технологических системах. Совершив поворот крана, приспособленного к трубе, исходящей от плиты, можно урегулировать расходование газа, а клапан, установленный на шине автомобиля, облегчает накачивание ее воздухом, предотвращая выход воздушных потоков наружу. Кран, вмонтированный внутри парового радиатора, дает возможность стравить находящийся там воздух и заменить его паром.

Клапан ─ один из типов трубопроводной арматуры

Кто первым применил клапан в этом качестве, установить доподлинно уже никогда не удастся, но прообразы современных клапанов использовались много веков назад в акведуках Древнего Рима.

В трубопроводной арматуре клапаном называют один из ее типов наряду с задвижкой, краном и дисковым затвором. Отличительный признак клапана ─ запирающий или регулирующий элемент, перемещающийся параллельно оси потока рабочей среды.

Существует большое число разновидностей клапанов. В качестве основного узла они входят в конструкцию большинства регуляторов, воздухоотводчиков и немалой части конденсатоотводчиков.

Главные свойства клапанов:

• малая строительная высота;
• быстрое срабатывание;
• высокая герметичность;
• наличие противодавления рабочей среды;
• большое гидравлическое сопротивление;
• значительное усилие на привод затвора;
• большая строительная длина.

Первые три позиции в этом списке относятся к безусловным достоинствам клапанов. Три последних ─ к его не самым сильным сторонам.

Клапаны одновременно «родственники» и в чем-то антиподы другого типа арматуры ─ задвижек. У тех, и других перемещение запорного или регулирующего элемента ─ линейное, в отличие от кранов и дисковых затворов, у которых оно вращательное. И в то же время многие из перечисленных в предыдущем абзаце свойств у клапанов и задвижек разнонаправлены. У последних большая строительная высота, малая строительная длина, незначительное гидравлическое сопротивление, медленное срабатывание. Запорные клапаны открывают и закрывают проход быстрее, чем задвижки, что востребовано при частых переключениях. Но, в отличие от задвижек, при проходе запорного клапана потоку приходится изменять направление движения.

Материалы для производства

Чугунный клапан
Для изготовления таких конструкций используют материалы, которые соответствуют необходимым требованиям, выставляемым для определенного вида труб и рабочих составов.

Клапан может быть изготовлен с использованием следующих материалов:

• чугуна для ковки или литейного (серого);
• нержавеющей или углеродистой стали;
• бронзы;
• инконеля, монеля и других металлов, в основу которых входит никель.

Материалы, которые годятся для такого производства, отличаются по цене, и степени стойкости к температурным перепадам и образованию ржавчины.

Из серого чугуна, например, в большинстве случаев изготавливают низкопробные приспособления. Бронза, ввиду своей высокой стойкости к коррозии, применяется для работы с коррозионно-активными материалами. Углеродистую сталь, как наиболее прочный из перечисленных металлов, используют там, где поддерживается высокое давление. Жаропрочный хромомолибденовый материал используют на производствах, где температура воздуха может подниматься до 600°С.

Клапаны, состоящие из вышеперечисленных металлов, применяются для оснащения городских гидросистем. Элементы, вмонтированные во внутрь конструкции, могут быть изготовлены из тех же сплавов, что и корпус, а могут состоять из пластмассовых (чаще всего используются в гравитационных моделях) и резиносодержащих материалов.

Для уплотнения и улучшения герметизации седла, штока клапана и затвора, в большинстве случаев используют графит, хлопок, резину или тефлон (все зависит от разновидности и температуры содержимого труб, а также от условий, в которых используется прибор).

Клапан и виды трубопроводной арматуры

Фактически любой вид арматуры нашел свое конструктивное воплощение в клапанах. Клапаны присутствуют во всех разновидностях арматуры по назначению и области применения: общепромышленной, санитарно-технической, редукционной, контрольной, энергетической и других. Выполненная в виде клапана предохранительная арматура носит название предохранительный клапан, обратная ─ обратный клапан, регулирующая ─ клапан регулирующий и т. д.

Есть клапаны запорные, смесительные, распределительные, разделительные, отсечные, отключающие. Клапаны ─ составная часть конструкции значительной части технических устройств ─ представителей фазоразделительной арматуры.

Предохранительный клапан служит для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды. Обратный клапан ─ для автоматического предотвращения обратного потока рабочей среды. Регулирующий клапан ─ для регулирования ее параметров путем изменения расхода или проходного сечения.

Пример обратного клапана─ приемный клапан, устанавливаемый на конце трубопровода перед насосом.

Разновидность регулирующей арматуры ─ дыхательный клапан (другие названия ─ впускной или выпускной клапан), предназначенный для герметизации емкостей, в которых содержатся газ, воздух или пар. Также составной частью регулирующей арматуры является перепускной клапан, служащий для периодического снижения давления в трубопроводе и оборудовании «до себя» в случае превышения им установленного значения.

Бак в гидравлике — важный элемент, являющийся хранилищем гидравлической жидкости. Бак, соединенный с атмосферой показывается на гидравлической схеме следующим образом.

Закрытый бак, или емкость, например гидроаккумулятор, показывается в виде замкнутого контура. В машиностроительной гидравлике применяются грузовые, пружинные и газовые аккумуляторы.

Корпус клапана

В зависимости от способа формообразования корпуса клапаны бывают кованые, литые, сварные, штампованные или комбинированные: литосварные (в них изготовленные методом литья корпусные детали соединены сваркой), штампосварные (сваркой соединены корпусные детали, полученные методами штамповки, ковки или вальцовки), литоштампосварные.

По типу конфигурации присоединительных патрубков различаются клапаны угловые и проходные. У угловых клапанов оси входного и выходного патрубков расположены перпендикулярно или хотя бы непараллельны друг другу. У проходных они взаимно параллельны. Проходя угловой клапан, поток делает один поворот, поэтому падение давления в нем меньше, чем в прямоточном (проходном) клапане.

Клапаны могут иметь не только два патрубка ─ входной и выходной, но и быть многоходовыми. «Много-» ─ это, как правило, три (трехходовой клапан) или четыре (четырехходовой клапан) патрубка.

Как и другие типы трубопроводной арматуры, клапаны бывают полнопроходными и неполнопроходными. В первом случае диаметр седла составляет не менее 9/10 диаметра отверстия входного патрубка, во втором ─ площадь сечения проточной части меньше этой величины.

Разное

Прямоугольник с длинной стороной по горизонтали – это символ бака. Символ с открытым верхом обозначает вентилируемы бак. Символ с закрытым верхом обозначает герметичный бак.

Аккумулятор

Аккумулятор имеет овальную форму и может иметь дополнительные детали для показа давления пружины или величины заряда газа.

Охладитель масла

Охладитель масла изображён как квадрат, повёрнутый на 45° и имеет соединения по углам.

Фильтр/Стрэйнер

Пунктирная линия внутри повёрнутого квадрата

Конструкции клапанов

Общий принцип устройства клапанов одинаков ─ перемещение подвижных частей затвора относительно неподвижных приводит к изменению проходного сечения, а, значит, изменению пропускной способности. Но устройство затвора клапана бывает различным.

Например, подвижный элемент затвора ─ золотник ─может быть игольчатым (в виде узкого конуса), поршневым (цилиндрическим), сферическим, тарельчатым.

Иногда ссылка на тип подвижного элемента затвора оказывается в названии клапана. Например, игольчатый клапан или поршневой клапан.

Игольчатый клапан отличается высокими эксплуатационными характеристиками и обеспечивает эффективное регулирование потока.

В предохранительном поршневом клапане поршень является чувствительным элементом, воспринимающим воздействие давления рабочей среды.

В регулирующем клеточном клапане затвор представляет собой неподвижную деталь, называемую клеткой из-за большого количества профилированных отверстий, служащих для пропуска рабочей среды. Перемещающийся внутри клетки плунжер, изменяя площадь их открытых сечений, регулирует пропускную способность клапана.

По количеству седел различают клапаны односедельные и двухседельные, когда два седла находятся на одной оси.

Если проходное сечение клапана образовано двумя или более затворами, расположенными последовательно, он носит название многоступенчатого клапана.

По типу уплотнения, обеспечивающего требуемую герметичность соединений арматуры относительно внешней среды, можно отметить сальниковые и сильфонные клапаны. В предохранительном сильфонном клапане сильфон служит не только для герметизации штока, но и является чувствительным или силовым элементом. Сильфонные уплотнения используются во многих клапанах: запорных, регулирующих, предохранительных.

По способу действия клапаны могут быть нормально-закрытыми (клапан НЗ) и нормально-открытыми (клапан НО). Клапаны НЗ при отсутствии или прекращении подачи энергии, создающей усилие для перемещения запирающего (регулирующего) элемента, автоматически обеспечивают положение «закрыто», а клапаны НО при тех же условиях ─ положение «открыто».

Символы линий (потоков)

Рабочая, пилотная и сливная линии

Гидравлический шланг, труба или другой трубопровод, которые перемещают масло между компонентами гидравлической системы обозначаются одинарной линией.

Рабочая линия (всасывания, нагнетания и возврата) обозначается сплошной линией.

Пилотная линия обозначается пунктирной линией с длинными чёрточками

Дренажная линия обозначается пунктирной линией с короткими чёрточками

Для того, чтобы показать, что две пересекающиеся линии не связаны, мы используем короткую петлю на одной из линий в месте пересечения.

Связь между двумя пересекающимися линиями должна быть обозначена точкой в месте соединения.

Присоединение клапана к трубопроводу

От качества монтажа клапанов во многом зависит эффективность и продолжительность их работы в составе трубопроводной системы. При присоединении клапанов к трубопроводу используются все известные технологии.

Муфтовые соединения, когда присоединительные патрубки имеют внутреннюю резьбу, особенно широко применяются для клапанов, корпус которых изготовлен из сплавов цветных металлов.

Для присоединения клапанов небольших размеров используются штуцерное и цапковое соединения ─ присоединительные патрубки с наружной резьбой, а в цапковом ─ с наружной резьбой и буртиком.

Фланцевые соединения обеспечивают удобный монтаж-демонтаж, но требуют более тщательного контроля затяжки скрепляющих болтов, ослабление которой грозит потерей герметичности. Для усиления герметичности служат уплотнительные прокладки, устанавливаемые между поверхностями фланцев. Слабая сторона фланцевых соединений ─ возможность деформации фланцев. Лучше других материалов ей противостоят фланцы из чугуна.

Сварные соединения являются неразъемными, поэтому их демонтаж сопряжен с трудностями. Зато они широко применяются для стальных клапанов в трубопроводных системах, транспортирующих взрывоопасные, радиоактивные, токсичные жидкости и газы. Сварные соединения, сделанные «раз и навсегда», не требуют ухода и подтяжки в отличие, например, от фланцевых. Это актуально для тянущихся на сотни и тысячи километров магистральных трубопроводов, выполнять техническое обслуживание которых не так просто. Сварные соединения не приводят к увеличению массы трубопроводной арматуры, а, значит, и трубопроводов в целом. Главное, чтобы место сварки не стало слабым местом трубопроводной системы в части механических свойств.

Как сделать правильный выбор

Чтобы выбрать обратный клапан, который будет работать долго и надежно в гармонии с другими элементами вашей системы водоснабжения или отопления, необходимо обратить внимание на следующие моменты:

• Назначение. Тип выбранного устройства должен ему соответствовать. Так, например, затворы подъемного типа с гравитационным действием можно устанавливать строго в предусмотренном конструкцией положении, так, чтобы ход штока был перпендикулярен поверхности земли.
• Способ присоединения. Выбирается одновременно с проектированием разъемов, к которым будет присоединен клапан, во избежание нагромождения лишних переходников. Для бытовых систем обычно применяют муфтовые соединения.
• Размер. Должен точно соответствовать диаметру трубопровода. Применение меньшего по диаметру затвора, присоединенного через переходники, снизит надежность конструкции и создаст повышенное сопротивление потоку.
• Материал. Для горячих жидкостей лучше использовать латунный или нержавеющий, поскольку у полипропиленового при высоких температурах заметно снижается ресурс.

Начинающему домашнему мастеру трудно учесть все нюансы, поэтому в случае сомнений не нужно стесняться посоветоваться с опытным инженером.

Приводы для управления клапанами

Для управления клапанами ─ перемещения запирающего или регулирующего элемента ─ применяют разнообразные приводы: ручной, электрический, электромагнитный, гидравлический, пневматический или их комбинации.

Примеры комбинированного привода ─ пневмогидропривод, использующий энергию сжатого газа и гидравлическую энергию, и электрогидравлический привод.

Передача поступательного усилия от привода к запирающему или регулирующему элементу осуществляется посредством штока (шпинделя).

Электрические приводы широко используются для управления регулирующими клапанами в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Современный электропривод представляет собой сложное техническое устройство, включающее систему управления, электродвигатель и редуктор.

Если в электрическом приводе электрическая энергия используется «напрямую», то в электромагнитном ее преобразование в механическую происходит в результате взаимодействия электромагнитного поля и сердечника, выполненного из ферромагнитного материала.

Электромагнитный клапан, оснащенный встроенным или выносным электромагнитным приводом, ─ распространенная конструкция.

Электромагнитные клапаны могут работать от переменного тока централизованных электрических сетей или от постоянного тока автономных источников ─ батарей или генераторов постоянного тока.

Электромагнитные клапаны широко используются в контрольно-измерительной арматуре; для управления процессами дозирования, отключения, смешивания, сброса, распределения потоков рабочих сред.

Уже много лет для управления арматурой служат пневматические приводы, применимые почти ко всем размерам клапанов, кроме самых больших, где на помощь им приходит способный обеспечить высокий крутящий момент гидропривод.

Использование приводов позволяет автоматизировать работу клапанов. Требования, предъявляемые к приводам клапанов: гарантия требуемых значений рабочего диапазона (выходной крутящий момент), износостойкость, герметичность, соответствие требованиям безопасности, коррозионная устойчивость.

Основные детали

Устройство регулирующего клапана
Устройство регулирующих клапанов включает: корпус, крышку (головку), седло, затвор (заслонка) и шток (шпиндель) с маховиком. Иногда маховик может быть заменен на автоматическое приспособление. Все составляющие объединены посредством корпуса. Рабочая материя подается вовнутрь устройства через корпус. Шпиндель, находящийся в головке (здесь же расположен уплотняющий сальник), заставляет затвор передвигаться, в результате чего открывается или закрывается отверстие, имеющееся в седле. Рабочий состав, поступая сквозь него, выходит с другой стороны. Поток может быть прямым или заворачивать.

Распределитель

Распределитель на гидросхеме показывается набором, квадратных окон, каждое из которых соответствует определенному положению золотника (позиции). Если распределитель двухпозиционный, значит на схеме он будет состоять из двух квадратных окон, трех позиционный — из трех. Внутри каждого окна показано как соединяются линии в данном положении.

На рисунке показан четырех линейный (к распределителю подведено четыре линии А, В, Р, Т), трех позиционный (три окна) распределитель. На схеме показано нейтральное положение золотника распределителя, в данном случае он находится в центральном положении (линии подведены к центральному окну). Также, на схеме видно, как соединены гидравлические линии между собой, в рассматриваемом примере в нейтральном положении линии Р и Т соединены между собой, А и В — заглушены.

Как известно, распределитель, переключаясь может соединять различные линии, это и показано на гидравлической схеме.

Гидравлический цилиндр

Гидроцилиндр — один из самых распространенных гидравлических двигателей, который можно прочитать практически на любой гидросхеме. Особенности конструкции гидравлического цилиндра обычно отражают на гидросхеме, рассмотрим несколько примеров.

Цилиндр двухстороннего действия имеет подводы в поршневую и штоковую полость.

Плунжерный гидроцилиндр изображают на гидравлических схемах следующим образом.

Принципиальная схема телескопического гидроцилиндра показана на рисунке.

https://toyota-chr2.ru/sovety/shema-klapana.html