2 Регулирующие (запорно-регулирующие) клапаны

2.1 Клапаны предназначены для управления потоками жидких и газообразных сред, транспортируемых по трубопроводам.

КЛАПАН - запорно-регулирующая трубопроводная арматура, механическое устройство для пропускания, перекрытия или регулирования потока жидкости, пара или газа в трубопроводах. По существу, такое устройство представляет собой временное препятствие в трубе. Трубопроводная арматура находит широкое применение в разнообразных технических устройствах и системах с расходом рабочего тела. Например, поворотом крана газовой плиты регулируется расход газа (дроссель), клапан в автомобильной шине позволяет ее накачивать и в то же время не дает воздуху выходить обратно (обратный клапан), а краны в паровых радиаторах позволяют стравливать воздух из радиатора и замещать его паром (дренажно-предохранительный клапан). Размер клапана может составлять от миллиметров до метров в зависимости от размеров трубы, на которой он установлен. Соединения клапанов с трубопроводом могут быть резьбовыми, фланцевыми или сварными..

2.1.1 Основные элементы конструкции

Клапан состоит из корпуса, крышки (головки), седла, затвора (заслонки) и штока (шпинделя) с маховичком или автоматическим устройством для его перемещения. Корпус объединяет все части в одно целое. Рабочая среда поступает внутрь клапана с одной стороны корпуса, и шток, который располагается в головке вместе с уплотняющим сальником, перемещает затвор, открывая или закрывая отверстие седла. Среда проходит через отверстие в седле и вытекает с другой стороны корпуса. При этом поток может сохранять направление движения или поворачиваться под углом.

2.1.3 Типы клапанов

В зависимости от принципа работы различают два больших класса клапанов – с линейным и поворотным движением затвора. В клапанах первого типа при открытии клапана затвор поднимается и открывает седло. В клапанах второго типа (кранах) затвор поворачивается вокруг оси, открывая или закрывая проход.

а – клапан с задвижкой (шибер); б – вентиль; в – обратный клапан. 1 – маховичок; 2 – шток; 3 – крышка коробки сальника; 4 – затвор; 5 – седло; 6 – корпус; 7 – шарнир.

Рисунок 4 - Типы клапанов (слева – открыто, справа – закрыто).

Заслонка Затвор движется вращательно на 90о. Малая строительная высота, малая строительная длина. Быстрое срабатывание. Малое усилие на привод затвора. Малая герметичность. Малое гидравлическое сопротивление. Отсутствие противодавления рабочей среды. Применяется на газах.

Диафрагмовый (мембранный) клапан Затвор движется возвратно-поступательно по нормали к уплотнительной поверхности. Малая строительная высота, большая строительная длина. Быстрое срабатывание. Малое усилие на привод затвора. Применяется на агрессивных жидкостях. Большое гидравлическое сопротивление. Наличие противодавления рабочей среды.

Шланговый клапан Затвор движется возвратно-поступательно по нормали к уплотнительной поверхности. Малая строительная высота, большая строительная длина. Быстрое срабатывание. Малое усилие на привод затвора. Применяется на агрессивных жидкостях. Малое гидравлическое сопротивление. Наличие противодавления рабочей среды.

Задвижки имеют  затвор в виде листа, диска или клина, перемещающийся вдоль уплотнительных поверхностей седла корпуса перпендикулярно оси потока среды.

В зависимости от назначения различают дроссельные, обратные, регулирующие и редукционные клапаны. Обычно клапаны рассчитаны на многократное использование, но бывают и клапаны одноразового действия (например, мембранные пироклапаны).

В зависимости от положения регулирующего (запорного) органа регуляторы могут быть: - нормально открытыми (НО) - с полностью открытым проходным сечением при отсутствии управляющего сигнала; - нормально закрытыми (НЗ) - с полностью закрытым проходным сечением при отсутствии управляющего сигнала. В зависимости от конструкции регулирующего органа, регулирующие клапаны могут быть односидельными или двухседельными.

Как правило, односедельные регулирующие клапаны применяются в тех случаях, когда необходимо получить надежное перекрытие потока при закрытом клапане, а также при регулировании потоков вязких жидкостей и неоднородных сред. Односедельные регулирующие клапаны применяются также при малых условных проходах трубопроводов.

Односедельные клапаны приме­няются лишь когда площадь плунжера невелика или требуется надежная герметичность клапана в закрытом положении. Недо­статком односедельных клапанов является неуравновешенность плунжера, которая при больших диаметрах седла создает боль­шие продольные (перестановочные) усилия на плунжере. В энер­гетике применяются односедельные регулирующие клапаны с тро­совым управлением. Трос крепится к концу рычага, управляю­щего плунжером. Трос может создавать только одностороннее (тянущее) усилие, в обратном направлении действует груз, чем создается силовое замыкание системы. Груз на рычаге должен создавать усилие вдоль шпинделя, превышающее усилие от давле­ния рабочей среды на плунжер и силу трения. Эти клапаны уста­навливаются таким образом, чтобы вращение рычага происхо­дило в вертикальной плоскости. Управление производится с помощью колонки дистанционного управления, либо приводом системы­ автоматического регулирования. Может быть также применено ручное и механическое дистанционное управление. Тро­совое управление отличается простотой и надежностью, но при­годно лишь в условиях, когда управление производится с относи­тельно небольших расстояний в пределах одного здания. При не­обходимости управления с больших расстояний обычно исполь­зуются не механические, а электрические или пневматические способы.

Двухседельные регулирующие клапаны имеют разгруженный затвор, что является одним из основных их преимуществ перед односедельными регулирующими клапанами. Усилие, развиваемое рабочей средой вследствие наличия перепада давления на клапане, действует одновременно на оба жестко связанных между собой плунжера в противоположных направлениях. Благодаря этому двухсидельные регулирующие клапаны при одном и том же приводеможно применять при более высоких перепадах давления, по сравнению с другими типами клапанов. Недостатком двухседельных регулирующих клапанов является невозможность герметичного перекрытия прохода из-за неравномерности температурной деформации деталей вследствие различия коэффициентов линейного расширения материалов затвора и корпуса, неравномерности износа обоих седел, сложности точной одновременной притирки плунжеров к седлам.

Они управляются сжатым воздухом, подводимым от постороннего источника, и могут быть использо­ваны для автоматического непрерывного бесступенчатого регу­лирования при работе на различных параметрах и свойствах среды и для различных условий эксплуатации. Силовая пружина привода создает пропорциональную зависимость между усилием и ходом, благодаря чему на клапане образуется пропорциональ­ная зависимость между командным давлением и ходом плунжера.

Клапан регулирующий может иметь вид действия НО (нор­мально открыт) или НЗ (нормально закрыт) в зависимости от того, открыт или закрыт клапан при отсутствии давления на мембране привода. Вид действия (нормально открытый или нормально закрытый) двухседельного клапана может быть изменен путем различной сборки одних и тех же деталей (седел и плунжеров).

В некоторых случаях может быть использован беспружинный регулирующий клапан, привод которого имеет две мем­браны и две герметично изолированные полости. В одну из полостей подается сжатый воздух или газ, упругость которого используется взамен пружины. Во вторую полость подается командное давление воздуха. Упругость сжатого воздуха в полости нагружения определяет собой силовую характеристику регулирую­щего клапана: ход – давление командного воздуха. Такие регулирующиеклапаны не получили широкого применения. На их работу могут оказывать влияние колебания температуры окру­жающего воздуха и возможные утечки воздуха или газа из полости на погружения.

Основные параметры и конструктивные разновидности регу­лирующих клапанов (с поступательным перемещением плунжера по направлению потока среды в клапане) для условных диаметров прохода Dy = 6 ÷400 мм и рy < 32 МПа регламентированы ГОСТ 9701-79.

Двухседельные регулирующие клапаны могут иметь линейную или равнопроцентную (логарифмическую) характеристику. При одном и том же условном диаметре эти клапаны могут иметь различные условные пропускные способности. Для регулирования потоков агрессивных рабочих сред применяются, как правило, диафрагмовые регулирующие клапаны. Корпус диафрагмового клапана изготавливается из чугуна и изнутри покрываются кислотостойкими материалами (полиэтилен, фторопласт, эмалевое покрытие и др.). К достоинствам диафрагмовых регулирующих клапанов относятся: возможность применения дешевых антироррозионных материалов, взамен дорогостоящих нержавеющих сталей, а также бессальниковая конструкция клапана. К недостаткам диафрагмовых клапанов относятся: незагруженность затвора и ограниченные величины давления и температуры регулируемой рабочей среды.

Применяется для чистых сред при больших перепадах дав­ления на запорном органе.