Курс лекций Трубы и арматура ФГОС3

Обратный приемный клапан

Особое место среди обратных клапанов занимает приемный клапан (рис. 5, который устанавливается в конце вертикального всасывающего трубопровода насосного агрегата и служит для предотвращения обратного тока жидкости при остановке насоса и для предварительной заливки всасывающей трубы перед началом работы. По типу этот клапан подъемный. Золотник («тарелка») уплотнен резиновым кольцом и снабжен коническим хвостовиком, позволяющим жидкости плавно вступать в корпус и обеспечивающим надежную посадку золотника. Нижняя часть клапана представляет собой перфорированный цилиндр, служащий для задержания посторонних включений.

Рис. 5. Приемный клапан:

1 – основание с отверстиями для забора среды;

2 – хвостовик; 3 – тарельчатый золотник.

Эксплуатация обратных клапанов

Обратные подъемные клапаны устанавливаются только на горизонтальном трубопроводе, при этом во избежание заедания золотника ось его должна быть строго вертикальна.

Гумированные поворотные клапаны устанавливаются на горизонтальном трубопроводе крышкой вверх или на вертикальном трубопроводе входным штуцером вниз. Подъемный обратный клапан теряет герметичность при попадании под золотник песка, твердых комков и других случайных включений, оказавшихся в среде, однако, они легко удаляются при снятии крышки.

Обратные поворотные клапаны могут устанавливаться как на горизонтальном, так и вертикальном трубопроводе. Они менее чувствительны к загрязнению среды.

91

Лекция 13 ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ

Предохранительный клапан – клапан, предназначенный для защиты оборудования от недопустимого давления посредством сброса избытка рабочей среды и обеспечивающий прекращение сброса при давлении закрытия и восстановление рабочего давления (ГОСТ 24856-81).

Предохранительные клапаны служат для предупреждения возникновения в трубопроводе или в аппарате давления превышающего допустимое значение и автоматически выпускают рабочую среду. Открытые предохранительные клапаны осуществляют выпуск рабочей среды непосредственно в атмосферу, а закрытые – в отводящий трубопровод.

При повышении давления они сбрасывают часть среды в атмосферу (непосредственно или через поглотительное устройство). После снижения давления до нормы предохранительный клапан автоматически закрывается. Предохранительные клапаны применяются на линиях газа, пара и жидкостей.

Предохранительные клапаны могут быть как прямого действия, так и импульсные с приводом, причем последние применяют только при необходимости обеспечения большой пропускной способности.

По способу выпуска рабочей среды предохранительные клапаны подразделяются на:

•клапаны открытого типа, работающие без противодавления и сбрасывающие рабочую среду непосредственно в атмосферу;

•• клапаны закрытого типа, сбрасывающие рабочую среду в трубопровод (всасывающую линию перекачивающих устройств, «факельную» линию и т.п.). В

этом случае клапан работает с противодавлением.

По высоте подъема золотника, определяющей пропускную способность клапанов, они подразделяются на:

•низкоподъемные (малоподъемные), у которых высота подъема золотника равна примерно 0,05 диаметра седла. Применяются такие клапаны, как правило, в системах с жидкой рабочей средой, когда не требуется большая пропускная способность;

•полноподъемные, у которых высота подъема золотника более 0,25 диаметра седла. Применяются такие клапаны в системах с газообразными средами. Открытие клапана происходит сразу на полный ход золотника.

Предохранительные клапаны выпускаются в двух исполнениях:

•с устройством для ручного открытия (ручным дублером);

•без устройством для ручного открытия.

Типы предохранительных клапанов прямого действия

Предохранительные клапаны подразделяются на:

•пружинные,

•рычажно-грузовые,

•мембранные.

92

Пружинные предохранительные клапаны

В пружинных предохранительных клапанах давление среды на золотник уравновешивается натяжением пружины. Сила сжатия пружины подбираются таким образом, чтобы при давлении среды, не превышающем допустимой величины, золотник был прижат к седлу, но при повышении давления на 10…15% он приподнимался.

Выпускаются как полноподъемные пружинные клапаны (с высотой подъема более 1/4 диаметра седла), так и малоподъемные (с высотой подъема менее 1/20 диаметра седла).

Стальной малоподъемный пружинный предохранительный клапан, применяемый на трубопроводах для пара и газообразных сред при давлении приблизительно до 0,6 МПа, изображен на рис. 1.

Нижним штуцером клапан присоединен к отростку трубопровода или к штуцеру аппарата. Боковой штуцер служит для отвода избытка среды при повышении ее давления. Золотник 6 прижимается к седлу пружиной. Сила ее сжатия регулируется в зависимости от требующегося давления среды ввертывани-

93

ем резьбовой втулки 2 в крышку корпуса. Сверху крышка прикрыта колпаком, предохраняющим втулку от случайных ударов. Колпак 1 имеет ушко для опломбирования, чтобы предупредить возможность произвольного изменения регулировки клапана.

Многоподъемный предохранительный клапан приведен на рис. 2 Конструкция и принцип действия многоподъемных предохранительных клапанов незначительно отличается от конструкции малоподъемных.

Для продувки предохранительного клапана служит специальный рычаг 8 (скоба), который поднимает золотник вручную (ручной подрыв клапана).

Пружинные предохранительные клапаны изготовляются из углеродистой стали на давление 0,1…70 МПа и из нержавеющей стали на давление 0,25…2,3 МПа.

Достоинства пружинных предохранительных клапанов::

•относительно малые габаритные размеры при больших проходных сечениях;

•возможность установки как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях;

•возможность получения высокой пропускной способности.

Недостаток пружинных предохранительных клапанов – резкое возрастание усилия пружины при ее сжатий в процессе подъема золотника.

•

Рычажно-грузовые предохранительные клапаны

В рычажно-грузовых предохранительных клапанах давление среды на золотник уравновешивается весом груза. Вес груза подбираются таким образом, чтобы при давлении среды, не превышающем допустимой величины, золотник был прижат к седлу, но при повышении давления на 10…15% он приподнимался. Рычажно-грузовые клапаны изготовляются только малоподъемными. Ры- чажно-грузовой предохранительный клапан показан на рис. 3.

Рис. 3. Рычажно-грузовой предохранительный клапан.

1 – шток; 2 – рычаг; 3 – комплект грузов; 4 – крышка; 5 – корпус; 6 – золотник.

94

Аналогично пружинному клапану, рычажный клапан устанавливается на трубопроводе или аппарате нижним штуцером. Через боковой штуцер отводится избыток среды. Давление грузов передается на золотник 6 через рычаг 2 и шток 1. Сила, действующая на золотник, регулируется путем установки большего или меньшего числа грузов стандартных размеров и изменения места их установки по длине рычага. Для недопущения произвольного изменения регулировки рычажно-грузовые механизмы накрывают кожухами и опломбировывают.

Помимо однорычажного клапана выпускаются также двухрычажные клапаны, у которых в одном корпусе заключены два золотника, имеющие каждый собственные шток, рычаг и комплект грузов. Пропускная способность двухрычажного клапана несколько ниже пропускной способности двух однорычажных клапанов того же номинального размера.

Рычажно-грузовые клапаны изготовляются из чугуна на давление 1,6 МПа и стали на давление 2,5 МПа.

Мембранные предохранительные клапаны

Иногда взамен предохранительного клапана на сосуде или трубопроводе устанавливают предохранительную мембрану, разрывающуюся при превышении рабочего давления на 20…25%.

Мембраны обеспечивают безусловную герметичность, недостижимую при предохранительных клапанах, и надежность срабатывания. Они просты и дешевы в изготовлении. Их недостатком является одноразовость действия.

Выбор предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны обеспечивают безопасность трубопроводов и оборудования, работающих при повышенных давлениях рабочей среды, в связи, с чем выбору их конструкции и характеристик следует уделять особое внимание. Основными требованиями к предохранительным клапанам являются:

•безотказность срабатывания при достижении предельно допустимого давления среды;

•достаточно большая пропускная способность, исключающая возможность повышения давления рабочей среды до опасного уровня;

•автоматическое закрытие и обеспечение герметичности при снижении давления среды до нормального.

Пружинные клапаны имеют значительно меньшие габаритные размеры по сравнению с грузовыми. В ряде случаев это обстоятельство оказывается решающим. Обычно, если для установки предохранительного клапана имеется достаточно места, предпочтение отдается грузовому клапану.

Впредохранительных клапанах избыток усилия от веса груза или от натяжения пружины над усилием, стремящимся приподнять золотник, весьма невелик. В результате этого механизм предохранительного клапана склонен к вибрации, которая может изменить его настройку. Грузовые клапаны вследствие наличия длинного рычага с тяжелым грузом на конце и шарниров более чувствительны к вибрациям.

95

У грузового клапана при подъеме золотника нагрузка остается постоянной независимо от высоты подъема, у пружинного клапана с увеличением высоты подъема реакция пружины увеличивается. С течением времени упругость пружины меняется в результате изменения структуры металла под воздействием высоких температур и переменных нагрузок. Подбор пружин для клапанов, работающих в условиях высоких температур, представляет определенные трудности.

Эксплуатация предохранительных клапанов

Грузовые клапаны допускают установку в одном лишь положении, при котором золотник находится в строго горизонтальном положении, а шпиндель направлен вверх. Пружинные клапаны монтируются в любом положении.

В отличие от пружинного клапана грузовой не имеет сальникового уплотнения в месте выхода шпинделя из крышки, поэтому он не обеспечивает полной герметичности. По этой причине его нельзя устанавливать на трубопроводах для огнеопасных сред, проходящих внутри помещений.

Установка какой-либо запорной арматуры между источником давления и предохранительным клапаном категорически запрещается.

Среда, отводимая из предохранительного клапана при его срабатывании, направляется по выхлопному трубопроводу в атмосферу или в поглотительное устройство. Сечение выхлопного трубопровода должно быть достаточным, чтобы не допустить в нем значительное противодавление.

Выход газообразной среды (сжатого воздуха или пара) должен быть хорошо слышен с рабочего места аппаратчика. Иногда для этой цели на конце выхлопного трубопровода устанавливают свисток.

При отводе пара необходимо предусмотреть надежное удаление конденсата из выхлопного трубопровода.

Малоподъемные предохранительные клапаны применяются преимущественно для жидкостей, когда не требуется большая пропускная способность. Полноподъемные клапаны используются для пара и газообразных сред.

96

Лекция 14 КОНДЕНСАТООТВОДЧИКИ

С помощью конденсатоотводчиков производится отвод конденсата из производственных паропроводов и паровых аппаратов. Нередко конденсатоотводчики устанавливают для отвода холодных жидкостей из осушителей, каплеотбойников и тому подобных аппаратов. Конденсатоотводчики устанавливаются также в конечных точках паровых отопительных систем. Конденсатоотводчики автоматически обеспечивают избирательное действие, пропуская конденсат и закрывая проход пару. Применение конденсатоотводчиков существенно повышает тепловую эффективность паровых систем.

Конденсатоотводчики в зависимости от принципа действия бывают:

•поплавковые,

•термостатические,

•термодинамические,

•дросселирующие (подпорные шайбы, сопловые, лабиринтные).

Поплавковый конденсатоотводчик

Поплавковый конденсатоотводчик – это конденсатоотводчик, запорный орган которого управляется с помощью поплавка (ГОСТ 24856-81).

Поплавковые конденсатоотводчики в зависимости от конструкции поплавка бывают:

•с закрытым поплавком,

•с открытым поплавком,

•с опрокинутым поплавком колокольного типа. Конденсатоотводчик с открытым поплавком показан на рис. 1.

Пароконденсатная смесь поступает в него непрерывно, а конденсат выводится периодически. Пар в смеси с конденсатом подается в корпус через входной штуцер. Струя конденсата ударяется о козырек и стекает в пространство между корпусом и поплавком. Достигнув верхней кромки поплавка, конденсат начинает переливаться в него. После того как поплавок заполнится конденсатом до определенного уровня, он опускается на дно конденсатоотводчика, открывая клапан. Давлением пара, заполняющего конденсатоотводчик, содержимое поплавка вытесняется в конденсатопровод. Поплавок после удаления из него большей части конденсата всплывает, закрывая клапан, и цикл работы повторяется. В крышке конденсатоотводчика имеется обратный клапан и перепускной вентиль. Назначение обратного клапана – не допускать перетока конденсата из одного конденсатоотводчика в другой, если из двух (или большего числа) конденсатоотводчиков конденсат направляется в общий трубопровод.

Другой распространенный тип поплавкового конденсатоотводчика имеет открытый опрокинутый поплавок (рис. 2). Конденсат поступает под опрокинутый поплавок и заполняет всю внутреннюю полость корпуса и крышки конденсатоотводчика. Под действием собственного веса поплавок 3 опускается вниз, поворачивает рычаг 5 вокруг оси 7, открывая выходное отверстие для выпуска конденсата. При поступлении в конденсатоотводчик пара поплавок всплывает и

97

при помощи рычага и шарикового клапана закрывает выходное отверстие конденсатоотводчика. После конденсации пара поплавок снова опускается. Таким образом, осуществляется периодический отвод конденсата. Нижняя пробка 8 служит для удаления загрязнений и слива конденсата при прекращении эксплуатации конденсатоотводчика на длительный срок. Верхняя пробка 9 служит для заполнения конденсатоотводчика водой перед пуском в работу.

Для установок повышенного давления (приблизительно до 6,5 МПа) применяют конденсатоотводчики с шаровым закрытым поплавком.

В поплавковых конденсатоотводчиках проходное сечение клапана для выпуска конденсата открывается при всплытии поплавка, с которым связан затвор клапана. Всплытие поплавка происходит в тот момент, когда уровень конденсата в корпусе конденсатоотводчика достигнет предельного значения. После открывания выпускного клапана часть конденсата выдавливается в конденсатную линию, и поплавок снова опускается, перекрывая отверстие седла клапана. Таким образом, поплавковый конденсатоотводчик в принципе работает, как регулятор уровня (регулятор перелива).

Термостатический конденсатоотводчик

Термостатический конденсатоотводчик – конденсатоотводчик, запорный орган, которого управляется с помощью термостата (ГОСТ 24856-81).

98

Втермостатических (термостатных) конденсатоотводчиках для управления затвором клапана используется термосильфон, расширяющийся при повышении температуры, биметаллическая пластина или диск. Работа таких конденсатоотводчиков основана на разнице температуры паровой и жидкой фазы.

Втермостатических конденсатоотводчиках сильфонного типа сильфон (рис. 3), представляющий из себя тонкостенную гофрированную трубку, заполнен жидкостью с низкой температурой кипения, испаряющейся при температуре пара, но находящейся в жидкой фазе при температуре конденсата. При контакте

спаром жидкость испаряется, давление в сильфоне повышается, сильфон расширяется и соединенный с ним клапан перекрывает выпускное отверстие. При контакте с более холодным конденсатом давление в сильфоне падает, и клапан открывает отверстие, пропуская конденсат.

Рис.3. Конденсатоотводчик термостатический:

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – сильфон, заполненный жидкостью с низкой температурой кипения; 4

– клапан; 5 – седло

Термодинамический конденсатоотводчик

Термодинамический конденсатоотводчик – конденсатоотводчик, запорный орган, которого управляется благодаря аэродинамическому эффекту термодинамическим свойствам рабочей среды (ГОСТ 24856-81).

Термодинамические конденсатоотводчики (рис. 4) являются арматурой непрерывного действия. Они получили в настоящее время наиболее широкое применение благодаря простоте конструкции, малым габаритам, надежности в работе, низкой стоимости, высокой пропускной способности и малым потерям пара.

Действие термодинамического конденсатоотводчика основано на том, что скорость пара при протекании через пропускной канал малого сечения оказывается достаточно высокой, а давление соответственно снижается, в результате чего тарелка запорного устройства прижимается к седлу и перекрывает выход. Конденсат, который движется со значительно меньшей скоростью, беспрепятственно проходит под тарелкой запорного устройства.

99

Рис. 4. Конденсатоотводчик термодинамический:

1 – корпус; 2– тарелка; 3 – седло; 4 – крышка; 5 – уплотнение; 6 – кольцевая камера

Тарельчатый конденсатоотводчик такого типа имеет всего одну подвижную деталь – тарелку, свободно лежащую на седле. Проходящий конденсат приподнимает тарелку и выходит через отводной канал. При поступлении пара тарелка прижимается к седлу в связи с тем, что высокие скорости истечения пара создают под ней зону пониженного давления.

Дросселирующие конденсатоотводчики

Действие дросселирующих конденсатоотводчиков основано на способности отверстия малого диаметра пропускать количества воды, во много раз большие, чем количества пара при тех же давлениях (так как удельный объем, пара во много раз превышает удельный объем воды).

Дросселирующие конденсатоотводчики вляются конденсатоотводчиками непрерывного действия.

Простейшей конструкцией дросселирующего конденсатоотводчика является конденсатоотводчик с подпорной шайбой (рис. 5).