2. Регулирующие органы

Регулирующий орган – это элемент, который непосредственно воздействует на расход потока, изменяя пропускную способность за счет изменения проходного сечения.

Регулирующими органами могут являться регулирующие клапаны различных видов (коаксиальные, клеточные, сегментные, шланговые, предохранительные, шаровые краны, электромагнитные), а также регулирующие заслонки (задвижки, поворотные затворы).

3.2.1. Регулирующие клапаны

Различают клапаны прямого и обратного действия (т.е. нормально открытые и нормально закрытые). У клапана прямого действия (нормально открытого) затвор при движении вниз уменьшает проходное сечение, а клапана обратного действия – увеличивает. Регулирующие клапаны различаются по размерам, конструкции и материалам, применяемым для их изготовления. На рис.3.1 приведена схема простейшего клапана.

Рис.3.1. Регулирующий орган.

Поток протекающего вещества проходит через отверстие 3 в перегородке 2. Над отверстием расположен затвор 4, прикрепленный к штоку 5, выведенному из корпуса клапана наружу через сальниковое уплотнение 6. Изменение положения затвора относительно седла осуществляется с помощью штока 5 при ручном регулировании — вручную, при автоматическом — от привода.

При выборе запорно-регулирующей арматуры следует учитывать ряд факторов, наиболее существенные из которых следующие:

1. измеряемая среда (газ, пар, жидкость);

2. температура измеряемой среды;

3. диаметр условного прохода клапана;

4. пропускная способность K_V (объемный расход в м³/ч жидкости плотностью 1000 кг/м³, проходящей через клапан при перепаде давления в 0,1 МПа);

5. давление среды, оказываемое на запорно-регулирующую арматуру;

6. тип привода запорно-регулирующего клапана.

Вначале определяется диаметр условного прохода трубопровода, рассчитанный исходя из известной величины расхода среды, выбранной допустимой средней скорости потока (табл. 3.1) по формулам (1) или (2) и (3). На основании полученных данных и типа регулируемой среды (пар, жидкость) и ее температурных параметров производится выбор запорной арматуры. Также надо учитывать, что каждый из клапанов приводится в действие посредством подачи регулятором управляющего сигнала (чаще всего электрического или пневматического) [29].

Согласно правилам проектирования на трубопроводах, где предусматривается установка регулирующих органов, указывают диаметры условных проходов [30]. Для того чтобы потери давления в трубопроводе были незначительны, рекомендуется не допускать в нем скорость потока, выше указанной в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Средние скорости движения сред в трубопроводах

Протекающая среда	Скорость движения, w, м/с
Вода в трубопроводах под давлением насосов (техническая, химически очищенная и др.)	1–3
Вязкие жидкости (масло, мазут и др.)	8–12
Газы низкого давления (до 0,6 МПа)	6–10
Газы среднего и высокого давления	12–24
Сжатый воздух	8–16
Насыщенный пар (до 1,2 МПа)	16–24
Насыщенный пар высокого давления	24–40
Перегретый пар	40–60

По величинам допустимой средней скорости потока в трубопроводе и максимального расхода, найденного из расчетов материального баланса, определяют размер трубопровода (площадь его сечения или диаметр) [30]:

, м²; (1)

, м², (2)

где Q_0max – максимальный объемный расход, м³/ч; Q_мmax – максимальный массовый расход, кг/ч;  – плотность протекающей среды в рабочих условиях, кг/м³.

Диаметр трубопровода определяется по формуле:

, м. (3)

Полученный диаметр трубопровода округляют до ближайшего стандартного диаметра условного прохода D_у [30]. В соответствии с ГОСТ 355-67 приняты следующие диаметры условных проходов (табл. 3.2).

Таблица 3.2. Условные диаметры проходов трубопроводов и арматуры

(по ГОСТ 355-67)

Группа диаметров	Dу, мм	Назначение
Основные	3; 6; 10; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 500; 600; 800; 1000; 1200; 1400; 1600; 2000; 2400; 3000; 3400; 4000	Для широкого применения
Вспомогательные	1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 8; 175; 225; 450; 700; 900; 1800; 2200; 2600; 2800; 3200; 3600; 3800	Для трубопроводов и арматуры общепромышленного назначения не применять

Одно- и двухседельные регулирующие клапаны

В односедельных и двухседельных регулирующих клапанах изменение гидравлического сопротивления достигается с помощью поступательного перемещения затвора (плунжера) вдоль проходов одного или двух седел. По сравнению с двухседельными односедельные клапаны обладают тем преимуществом, что в закрытом положении обеспечивают герметичное перекрытие потока (рис.3.2).

Односедельные клапаны самого широкого спектра применения. Предусмотрены специальные одноступенчатые – серия 21700 и двухступенчатые – серии 21800 и 21900, 21014-2S антишумовые – антикавитационные исполнения клапана для критических условий эксплуатации. Односедельные клапаны серии 21000 (рис. 3.2) благодаря простоте и надежности конструкции могут применяться в большом диапазоне давлений и температур.

Рис. 3.2. Односедельный клапан.

Мощная верхняя направляющая плунжера обеспечивает его стабильность в потоке даже при жестких параметрах эксплуатации. Основные технические характеристики даны в таблице 3.3 .

Таблица 3.3.

Условный диаметр	DN 20…200мм
Условное давление	PN 10…420 кгс/см2
Пропускная способность	Кv 1,7…640
Температура среды	от –100 до +560˚С
Диапазон регулирования	50:1
Характеристика	равнопроцентная или линейная
Присоединение к трубопроводу	фланцевое или под приварку
Исполнительный механизм	пневматический, пружинно –мембранный
Управляющий сигнал	0,2 – 1 кгс/см2 или 4 – 20 мА

Производитель: ЗАО «ДС Контролз», г.Великий Новгород

Двухседельные клапаны применяют в тех случаях, когда необходима разгрузка усилия на затворе от перепада давления на клапане (рис.3.2). При этом усилие, создаваемое потоком от перепада давления на клапан действует в противоположных направлениях на оба затвора, компенсируя суммарную нагрузку на перемещение штока. Переход со схемы НО на схему НЗ производится перестановкой плунжера с прямого на обратное положение.

В некоторых случаях может быть использован беспружинный регулирующий клапан. Головка привода имеет две мембраны и две герметично изолированные полости (рис. 3.4). В одну из них подается сжатый воздух или газ, упругость сжатого воздуха используется взамен пружины [27]. Во вторую полость подается командное давление воздуха. Упругость сжатого воздуха в полости нагружения определяет собой силовую характеристику регулирующего клапана ход-давление командного воздуха. Такие регулирующие клапаны не требуют пружины, но на их работу могут оказывать влияние колебания температуры окружающего воздуха и возможные утечки воздуха или газа из полости нагружения. Несмотря на эти недостатки, такие регулирующие клапаны в последнее время получают применение [27].

Рис. 3.3.

Рис. 3.4. Беспружинный регулирующий клапан.

Трехходовые клапаны. Предназначены для смешения двух потоков или разделения одного потока на два в необходимом соотношении (рис.3.3). При перемещении исполнительным механизмом штока с одно- или двухседельными плунжерами в вертикальном направлении зазоры между плунжерами и седлами изменяются, причем один зазор растет, а другой уменьшается, что ведет к изменению соотношений расходов через оба прохода [28].