Запорный клапан — конструктивные особенности, принцип работы, сфера применения

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.

Основные детали

Популярные модели фланцевого вентиля

На сегодняшний день существует несколько разновидностей запорного вентиля. Все зависит от того, какой метод используется для того, чтобы перекрывать рабочую среду. К перечню популярных моделей относятся следующие механизмы:

1. винтовые;
2. шиберные;
3. шаровые;
4. пробковые.

У винтовых деталей подвижный клапан крепится с помощью резьбового соединения. Его необходимо прижимать к седлу, которое расположено в главном цилиндре вентиля. Сальниковая набивка представлена уплотняющей шайбой, обеспечивающей герметичность устройства.

К специфическим недостаткам механизма можно отнести то, что он пропускает воду только в одном направлении, а его резиновые или паронитовые трубки периодически изнашиваются, и их нужно менять. При попадании в цилиндр песка или окалины прокладки могут быть полностью или частично разрушены.

Конструкция шиберных вентилей очень схожа с задвижкой, поскольку их резьбовой шток способствует тому, что происходит спуск конического клапана между двух зеркал. Вместо сальниковой набивки можно устанавливать уплотнители из резины или полимерной глины, которые отличаются сроком эксплуатации на протяжении длительного периода времени.

Для изготовления шаровых фланцевых арматур используется латунь или нержавейка, а конструкция представляет собой шар со сквозными отверстиями. Поворот рукоятки обеспечивает вращение шара, находящегося в цилиндре вентиля, а его фиксация осуществляется с помощью пары кольцевых седел, выполненных из тефлона или фторопласта. Для герметизации рекомендуется использовать такой же материал.

Поток жидкости в пробковых фланцевых задвижках перекрывается с помощью конической пробки, оснащенной сквозным отверстием. К типичным проблемам таких устройств относится то, что набивку сальника нужно периодически менять.

Материалы для производства

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 обратного типа и его классификация

Для начала следует вспомнить принцип работы клапанов этого вида. Ее функциональные особенности достаточно просты для восприятия. На одной из осей будут расположены лопасти, что позволяет проходить воздушным массам только в одном из направлений. При изменении направления потока клапан автоматически перекрывается. Помимо возможности автоматической блокировки, можно самостоятельно производить регулировку приточного объема воздушных масс, изменяя уровень сечения воздуховода. Все устройства данного типа можно различить, исходя из таких основных характеристик:

• исходя из конструктивных особенностей. В зависимости от мембраны, лепестков, бабочки и решетки. Устройство с установленным обратным клапаном обладает установленными заранее жалюзями, которые изменяют свое положение при воздействии воздушных потоков, но только в одну из сторон, что позволило полностью исключить возможность образования обратного потока. Формы они могут иметь самые разные, как и дизайн. При этом установка производится при выходе или входе в вентиляционный канал. Установленный клапан по форме напоминает бабочку, которая состоит из нескольких пластин, которые между собой скреплены при помощи пружинки. Само устройство представляет собой заслонку, которую может привести в движение даже небольшое дуновение ветра, после чего плотно прилегает к поверхности решетки. Зачастую используется при обустройстве вентиляции естественного типа. По принципу работы клапан лепесткового типа схож с мембранным. При этом изготавливается он по форме заслонки, крепление которой производится на оси, которая приходит в движение под воздействим воздушных потоков, в зависимости от их направления;
• исходя из материала, который был использован при изготовлении. Возможно использование оцинкованной стали или пластика при производстве клапанов;
• в зависимости от пропускной способности (объем воздуха за определенный промежуток времени может проходить разный);
• по способу проведения монтажных работ, установка может проводиться как горизонтально, так и вертикально;
• исходя из способов управления, они могут быть электрическими или ручными. Для ручного управления понадобится специальный рычажок. Электрический же привод прекрасно функционирует с остальными элементами устройства на автоматическом режиме, который самостоятельно регулирует скорость и объем воздушного потока;
• по форме модели могут встречаться как круглые, так и прямоугольные. В этом случае выбор будет основываться исходя из размера и формы воздуховода, в который будет производиться установка клапана обратного типа. Для бытовых нужд понадобится установка клапана габаритом в 10 см, 12 см, 12,5 см, 15 см и более. Для промышленных сооружений рекомендуется использовать элементы, диаметр которых составляет от 15 см до 100 см.

Где используются клапаны обратного типа

В не зависимости от разновидностей устройств вентиляции, рано или поздно в ней может появиться обратная тяга (будь то механическая или естественная система вентиляции помещений). При обустройстве естественных систем, будут использоваться каналы вентиляции с обратными клапанами, которые неимоверно чувствительны к малейшим изменениям, касательно направления движения воздушных потоков. Для достижения оптимального результата рекомендуется установить клапан обратного вида одновременно с вентиляционными каналами. Монтаж клапана обратного типа в квартирах с естественным устройством вентиляции, должно производиться в нишах стен между помещениями. Такие отверстия предпочтительнее делать неподалеку от дверного проема, там же следует установить решетки под клапаны обратного типа, которые будут отвечать за потоки воздуха. Вентиляция приточного типа состоит из воздуховода, который размещается в одной из наружных стен и которая оснащена решеткой, отвечающей за забор воздуха из улицы. Фильтр способствует очистке воздушных масс, которые проходят сквозь систему с улицы, что приводит к небольшому подогреву таковых, что позволяет сохранить оптимальный температурный режим внутри помещения. Таким образом, можно полностью исключить необходимость в дополнительном проветривании помещений, в которых установлены пластиковые окна.

Разновидности клапанов

Вентильный механизм, если сравнить его с шибером, значительно затрудняет продвижение состава по трубам. Перепады давления, происходящие на вентиле, применяются для урегулирования расхода материи или давления внутри трубопровода.

Вентильный механизм снабжен вращающимся шпинделем. Когда вращается маховик, шпиндель передвигается относительно резьбы головки. В результате происходит подъем или опускание затвора.

Игольчатое устройство невелико. По форме рабочая область штока игольчатого устройства напоминает конус, позволяющий без рывков регулировать расход рабочей материи.

Клапан мембранного типа выглядит как вентиль, на шпинделе которого (между корпусом и головкой) расположена гибкая мембрана. Под воздействием штока мембрана, перемещаясь, либо регулирует текущее положение механизма, либо полностью его перекрывает. Подвижные составляющие такого механизма не взаимодействуют с потоком жидкости, потому мембрана не нуждается в замене затвора или уплотнительных материалов. Предназначение мембранных устройств — взаимодействовать с жидкостями, содержащими твердые частицы или являющимся носителями агрессивной среды.

Назначение обратного механизма — предотвратить возвратное продвижение жидкости внутри трубопровода. Известно о существовании двух основных видов обратных клапанов. Они могут быть откидными и подъемными. Первые снабжены шарнирной заслонкой, закрепленной над седлом. Под воздействием потока, идущего со стороны отверстия, заслонка открывается, а жидкость беспрепятственно проникает через клапан. Если поток изменит направление движения, заслонка опустится и закроет отверстие, плотно прижавшись к седлу под давлением жидкости. Подъемная створка функционирует по аналогичному принципу, перемещаясь в вертикально расположенном направляющем цилиндре. Когда поток изменит направление, заслонка опустится и плотно прижмется к седлу.

Тарельчатыми называют односедельные клапаны, открывающиеся посредством «кулачков» и рычажков, а закрывающиеся благодаря действию пружин. Автомобилисты используют такие устройства для подачи топлива и воздуха в цилиндры и двигатель автомобиля, а также для выброса использованных газов. Описанный тарельчатый механизм установлен в некоторых видах паровых машин и в паровых турбинах как приспособление для регулирования подачи пара.

Сильфонный клапан имеет гофрированную конструкция из металлических материалов. Такое изделие сохраняет прочность и герметичность при неоднократных сжатиях, растяжениях, изгибах. Применяется в трубопроводной арматуре как герметизирующий, силовой элемент.

Для защиты от механического разрушения трубопроводов слишком высоким давлением используются импульсные клапаны. Путем автоматического выпуска проходящей среды из систем они понижают силу увеличившегося давления.

Назначение редукционного устройства — понижать давление внутри трубопровода. Величина проходного отверстия варьируется автоматически. Внутри он оснащен перемещающимся штоком и специальным приспособлением, посредством которого может быть изменено положение относительно седла.

Регулирующее приспособление в большинстве случаев изготавливают в виде профилированной детали. В простых моделях урегулированное давление оказывает действие на мембрану, которая закреплена на штоке. При помощи пружины или грузка давление уравновешивается, а его сила изменяется, когда меняется натяжение пружины во время перемещения груза на рычаге. Мембрана, как правило, находится под воздействием давления потока, идущего над или под клапаном. В силовых приводах, в большинстве случаев, нет необходимости.

Там, где необходимо регулирование теплоносителя, применяются устройства четырехходового типа. Добиться нужной температуры в системе можно лишь одним способом – смешиванием горячей и холодной среды, получая на выходе нужный результат. Успешное выполнение такого процесса и обеспечивает четырехходовой клапан.

ПРИВОДЫ

Клапаны обычно имеют тот или иной привод. Простейшим приводом является маховичок линейного клапана или рычаг поворотного. Для вращения маховичка могут быть использованы специальные устройства, например зубчатая передача. Часто применяются силовые гидро- или пневмоприводы. Такие приводы могут развивать значительные усилия, необходимые для перемещения штока клапанов, работающих в системах с высоким давлением либо расположенных в удаленных местах, а также для управления работой нескольких клапанов с одного пульта. В приводах мембранных клапанов с пружиной обычно используется сжатый воздух. Сжатый воздух перемещает мембрану со штоком в одном направлении, а пружина – в противоположном. В качестве приводов часто используются также электродвигатели. См. также

СЕРВОМЕХАНИЗМ; АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ.

Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы системы автоматического управления и контроля. Киев

, 1982

Клапанами называются конструкции трубопроводной арматуры с затвором в виде плоской или конусной тарелки, перемещающимся возвратно-поступательно вдоль центральной оси уплотнительной поверхности седла корпуса. К клапанам относят также конструкции арматуры (поворотные клапаны), в которых затвор в виде тарелки совершает движение по дуге. Дуга, описываемая центром затвора, касательна к оси седла, центр дуги находится вне отверстия седла, а ось поворота затвора перпендикулярна к оси потока среды.

Клапаны, оснащенные поворотным затвором

Регулирующая деталь шарового клапана похожа на шар со сквозным отверстием. Под воздействием шпинделя он может вращаться с амплитудой 90°С. Когда механизм открыт, это значит, что внешние концы сквозного отверстия на шаре совпали с отверстиями на седлах. Когда он находится в закрытом состоянии – отверстия в шаре не совпадают с отверстиями в седлах, а седла перекрыты, потому что плотно примыкают к поверхности.

Регулирующий механизм чем-то напоминает редукционный. Он снабжен специальным приводом (как правило – электрическим или пневматическим), сопряженным с автоматическим регулятором. Касаемо характеристики блока управления регулирующего клапана, то можно отметить, что по сути, он является устройством для измерения расхода жидкости, температуры или давления с последующим сравнением уровня этих величин с требуемыми. Из блока управления поступает команда, повинуясь которой, рабочий орган принимает нужное положение. Перемещение элемента внутри клапана непрямого действия может носить поступательный или вращательный характер. По конструкции регулирующий механизм может быть вентильного или дроссельного типа.

Посредством регулирующих клапанов можно контролировать расход вещества и уровень давления, поэтому механизм практически не бывает полностью открытым или закрытым. Так как он служит для дросселирования потока (процесса, для которого характерно понижение давления). Материал, из которого изготовлено регулирующее устройство, должен отличаться высокой стойкостью к эрозии. Понижение давление иногда заканчивается кавитацией (если речь идет о жидких веществах) и шумами (если речь идет о потоках пара или газа). Современные регулирующие клапаны обладают повышенной стойкостью к кавитации и шумам, что делает их пригодными для работы в самых неблагоприятных условиях.

Как используется клапан перекидного типа

Клапан этого типа устанавливается в том случае, если присутствует необходимость самостоятельного изменения направления потока, который уже находится внутри системы. Привод у этого устройства может быть как электрическим, так и механическим. Исходя из формы, они могут иметь круглое или квадратное сечение, в то время как сами могут быть односторонними или двухсторонними. К основным элементам относят корпус сварного типа, для изготовления которого используется листовая сталь. Также в комплекте имеется привод и перекидная заслонка. При наличии ручного привода, в комплект входит несколько заслонок и рычагов, которые соединены между собой. А вот клапан перекидного типа работает по другой схеме, в которой основные задачи возложены на выключатель и мотор-редуктор.

Подобные конструкции созданы для установки воздуховодов вертикального типа. Рабочее давление не должно превышать отметку в 1 500 Па, высота помещения должна составить не менее трех метров, а вот скорость потока может варьироваться от 6 до 20 метров. При отключении электропитания, автоматически начнет работать запасной вентилятор. Сфера их использования огромная, но в большинстве случаев такие устройства применяются в промышленности и при производстве. Иногда нельзя их использовать в связи с техническими особенностями.

К таким случаям можно отнести:

• когда в системе могут присутствовать опасные для здоровья химические элементы, в том числе и взрывоопасные;
• трубопроводы могут использоваться для транспортировки консистенций различного уровня вязкости;
• потоки воздуха содержат огромное количество пыли;
• при наличии агрессивных частиц разного происхождения, которые путешествуют внутри системы.

Принцип их работы

В районе подшипника у таких клапанов будет находиться основное полотно и полуось, которые между собой соединены. В момент поступления сильного потока, ось начинает медленно поворачивать основную ось, которая приводит в движение полотно. Таким образом, перекидной клапан откроется. При создании аварийной ситуации основной вентилятор отключится, при этом ось будет продолжать возвращать полотно в первоначальное положение. При этом сработает установленная автоматика, которая приведет в действие дополнительный вентилятор. Подобные устройства должны регулярно проходить ряд проверок и полностью соответствовать имеющимся СНиПам. К основным требованиям можно отнести необходимость использования различных материалов для создания отдельных комплектующих к устройствам этого типа. Это поможет минимизировать риски, связанные с возможным взрывом и возгоранием. Для покупки и установки соответствующего оборудования следует обратиться за помощью к специалистам.

Клапан редукционный прямого действия

Редукционный клапан давления предназначен для поддержания в некоторой части гидросистемы пониженного давления относительно давления в основной нагнетательной магистрали и независящего от него.Так же, как и предохранительные клапаны, редукционные клапаны подразделяются на клапаны прямого и непрямого действия, а по количеству линий присоединений клапана – на двухлинейные и трехлинейные.

Устройство двухлинейного редукционного клапана прямого действия

Схема двухлинейного редукционного клапана прямого действия приведена на рис.1. В корпусе 1 размещается регулирующий золотник 2, который под действием пружины 3 стремится занять крайнее нижнее положение и находится в нем до тех пор, пока давление Р1 в канале “б”, действующее на нижний торец золотника, не в состоянии преодолеть усилие пружины редукционного клапана (рис.1 а). На котором показано состояние клапана, когда усилие от давления Р1 из-за малой величины давления на входе в клапан, в канале “а” меньше усилия пружины.

Принцип работы двухлинейного редукционного клапана прямого действия

Принцип работы двухлинейного редукционного клапана заключается в следующем, по мере роста давления Р наступает момент , когда усилие от давления Р , превысит начальное усилие пружины, регулируемое с помощью винта 4 и золотника 2 начнет смещаться вверх, частично перекрывая канал “б” на выходе клапана. С этого момента давление на выходе клапана будет поддерживаться постоянным, независимо от дальнейшего нарастания давления на входе в клапана в канале “а”.

Принцип работы трехлинейного редукционного клапана прямого действия

Принцип работы трехлинейного редукционного клапана давления прямого действия отличается от двухлинейного тем, что у него, помимо, канала “а” подводящего жидкость и отводящего канала “б”, имеется и канал “в” сообщенный со сливной магистралью. На рис.

2 показана схема такого клапана, в котором, в отличие от описанного ранее, поддержание редуцированного давления достигается путем частичного перекрытия подводящего канала “а”, что не принципиально.

Благодаря наличию сливного канала “в”, редуцированное давление в канале “б” будет поддерживаться постоянным даже в том случае, когда полностью перекрытом канале “а” давление на выходе клапана будет стремиться возрастать по какой-либо причине, например из-за обратного тока жидкости из системы. На рис.2 а показан клапан в режиме нормального редуцирования, а на рис.2 б – в режиме перелива жидкости из-за обратного тока в канал “б”.