Клапан запорный что это такое
Запорный клапан
Следует заметить, что до 1982 года [2] клапаны, в которых затвор перемещается при помощи резьбовой пары шпиндель—ходовая гайка, назывались вентилями, однако это наименование было упразднено [3] и сейчас клапаном называют и арматуру с резьбовым шпинделем (передающим крутящий момент от привода), и с гладким штоком (передающим поступательное усилие от привода). Клапаны вентильного типа управляются вручную или электроприводом, а клапаны с гладким штоком — гидро-, пневмо- или электромагнитным приводом, а также механическим приводом от других устройств. Запорные клапаны с быстродействующими поршневыми пневматическими приводами входят в состав защитной арматуры и носят название отсечные.
Содержание
Достоинства и недостатки
Кроме вышеуказанных достоинств клапаны обладают и другими, например:
Конструкция клапанов во многом схожа с конструкцией задвижек, но принципиальное её отличие — то, что перемещение затвора совпадает с осью перемещения потока среды, а не перпендикулярно ему, даёт клапанам ряд преимуществ перед задвижками, среди которых:
К недостаткам клапанов можно отнести:
Устройство и принцип действия
Корпус (на поясняющем рисунке жёлтого цвета) имеет два патрубка с концами для присоединения к трубопроводу, оно может быть любым известным способом фланцевым, муфтовым, штуцерным, цапковым, приваркой. Внутри корпуса расположено седло, которое в положении «закрыто» перекрывается затвором (золотником (3)). Шпиндель (1) проходит через сальниковое уплотнение в крышке. В конструкции, изображённой на поясняющем рисунке, ходовая часть запорного органа вынесена за пределы зоны рабочей среды с помощью бугельного узла (2). Уплотнение может быть и сильфонным, в этом случае вынесение ходового узла не требуется.
Шпиндель (1) передаёт крутящий момент от ручного штурвала или механического привода через неподвижную ходовую гайку золотнику, преобразуя его в поступательное движение золотника, в крайнем нижнем положении золотник садится в седло и поток среды перекрывается. Усилие, передаваемое от привода, может быть и поступательным, в этом случае ходовая гайка отсутствует, а вместо шпинделя используется гладкий шток.
Различия в конструкциях
Конструкции уплотнения
По способу герметизации подвижного соединения шпиндель(шток)—крышка, клапаны делятся на сальниковые, сильфонные и мембранные (диафрагмовые).
Сальниковая арматура
В сальниковой арматуре герметичность соединения крышки с подвижной деталью затвора обеспечивается сальниковым устройством. Суть сальникового устройства в том, что на внешней стороне крышки или корпуса в том месте, где через них проходит шток или шпиндель, создаётся сальниковая камера, в которую укладывается уплотнительный материал — сальниковая набивка. При помощи специальных устройств набивка поджимается вдоль оси шпинделя (штока), упираясь в стенки сальниковой камеры и уплотняется. Таким образом создаётся герметичность и рабочая среда не проникает за пределы корпуса. В арматуре малых диаметров поджатие набивки производится накидной гайкой, больших — специальной деталью—сальником при помощи двух откидных или анкерных болтов с гайками.
Сальниковое уплотнение обладает многими достоинствами, которые делают его в большинстве случаях предпочтительным. Среди них:
Сальники максимально упрощают конструкцию и уменьшают стоимость арматуры, однако для номинального давления от 2,5 МПа и номинального диаметра более 50 (эти границы весьма ориентировочные) ходовой узел выносится из зоны рабочей среды и располагается выше сальникового уплотнения, а ходовую гайку размещают в бугельном узле, расположенным над крышкой клапана, то есть конструкция существенно усложняется для ликвидации влияния рабочей среды на соединение шпиндель—гайку и повышения его долговечности и надёжности.
Сильфонная арматура
В сильфонной арматуре уплотнение подвижных элементов относительно внешней среды обеспечивается сильфонным узлом. Главным его элементом является сильфон — гофрированная трубка. Металлический сильфон при помощи сварки или пайки соединяется с верхними или нижними кольцами (или деталями другой формы), образуя так называемую сильфонную сборку. Сильфонная сборка своей верхней частью неподвижно и герметично соединяется с корпусными деталями арматуры, а нижней — со штоком или золотником клапана, перекрывая таким образом возможность выхода рабочей среды во внешнюю. Поступательное перемещение штока для управления золотником происходит внутри сильфона, который может изменять свою длину за счёт деформации гофров.
Сильфонные клапаны используются для работы в таких средах, утечка которых в окружающую среду недопустима. Преимущество таких клапанов перед сальниковыми — исключение утечки рабочей среды в атмосферу в пределах срока службы сильфонного узла. Но это преимущество достигается путём существенного усложнения конструкции и соответственно более высокой стоимости клапана. Кроме того, ремонт сильфона клапана при его усталостном разрушении представляет собой сложную операцию по замене сильфонной сборки, поэтому в таких случаях клапан необходимо менять на новый.
Мембранная арматура
Мембранные клапаны принципиально отличаются от клапанов другой конструкции.
Особенность этих клапанов состоит в том, что диафрагма одновременно может выполнять функцию затвора, перекрывая под действием шпинделя проход рабочей среды через корпус.
Такая конструкция позволяет без применения нержавеющих сталей иметь чугунные клапаны, пригодные для различных агрессивных сред. Это достигается покрытием (футеровкой) внутренних поверхностей корпуса различными коррозионостойкими материалами (фторопласт, резина, полиэтилен, эмали).
Направление потока
По конструкции корпуса и расположению на трубопроводе, связанным с направлением потока рабочей среды, запорные клапаны различаются:
Конструкция рабочего органа
Затворы в клапанах бывают тарельчатыми (золотниковыми) или коническими.
Уплотнительные поверхности тарельчатого затвора могут быть плоскими или конусными, в последнем случае седло в корпусе выполняется в виде фаски. Плоские уплотнения позволяют изготавливать их из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов, они хорошо работают в жидких и газообразных средах, не содержащих взвешенных частиц. Конусные уплотнения, металл по металлу, используются для клапанов высоких давлений со взвешенными частицами в рабочей среде.
Устройство и принцип действия запорного клапана
Назначение и устройство запорного крана
Запорные клапаны применяются в быту и промышленности для полного перекрытия потока рабочей среды (жидкости или газа). При возникновении нештатной ситуации (аварии, повреждении трубопровода) клапан помогает изолировать поврежденный участок для выполнения ремонтных работ.
Устройство запорного клапана
Эти изделия монтируются на технических трубопроводах, магистральных линиях, в бытовых системах водо- и газоснабжения, отопления. Они используются в газовой, нефтехимической промышленности, металлургии, сфере ЖКХ и т. п.
Как работает запорный клапан
Принцип работы изделия заключается в полном перекрытии проходного отверстия трубопровода золотником, плотно прилегающим к седлу корпуса. Золотник монтируется на штоке с помощью шарнирного соединения.
При вращении маховика шток начинает поступательное движение, приводя в движение золотник. У запорного клапана есть два положения: крайнее нижнее («закрыто», при котором проходное сечение полностью перекрыто) и крайнее верхнее («открыто»). В зависимости от конструктивного исполнения устройства ось штока может иметь перпендикулярное или наклонное положение относительно оси трубопровода. «Косые» вентили имеют большую пропускную способность, чем «прямые».
Преимущества запорных клапанов:
Это ремонтопригодное устройство, в котором можно заменить любой узел при поломке.
Высокая надежность и герметичность перекрытия проходного отверстия трубопровода.
Плавное открытие, из-за чего в системе не возникает ударов среды и скачков давления.
Открытие/закрытие клапана не требует больших усилий.
Способность выдерживать значительное давление.
Работа с разными температурами — от −200 до +600 °С в зависимости от материала изделия.
Устойчивость к агрессивным воздействиям среды.
Многие модели могут оснащаться электроприводом, позволяющим задавать алгоритм срабатывания по времени или давлению.
Высокая стоимость устройств.
Повышенное гидравлическое сопротивление, потеря давления и скопление примесей в зонах застоя.
Сложная форма проточной части.
Возможная деформация уплотнительных поверхностей может привести к неполноценной герметизации в закрытом положении.
Рабочая среда может перемещаться только в одном положении.
Классификация запорных клапанов
Клапаны различаются по конструкции, типу уплотнения и методу фиксации к трубопроводу. Также они могут изготавливаться из чугуна, латуни, углеродистой и нержавеющей стали. Материал изготовления запорной арматуры влияет на сферу применения изделий (вид рабочей среды).
Латунные изделия применяются в отопительных системах, в водо- и газопроводах. Чугунные клапаны устанавливаются на технических трубопроводах. Нержавеющие изделия нашли применение в пищевой и химической промышленности, могут эксплуатироваться с агрессивными средами.
Классификация по конструкции
По типу конструкции запорные клапаны бывают:
Угловыми, предназначенными для соединения двух труб, расположенных перпендикулярно друг к другу.
Проходными, подходящими для монтажа на вертикальных и горизонтальных трубопроводах. Отличаются высоким гидравлическим сопротивлением и внушительной массой из-за чего их сложнее монтировать и перемещать. В конструкции изделия имеются зоны, подверженные застою жидкости, что может привести к коррозии.
Прямоточными — устройствами с шаровидной формой, оснащенными патрубками, встроенными в корпус под небольшим углом.
Игольчатыми, имеющими конический затвор. Выпускаются для небольших трубопроводных систем с Ду до 25 мм.
Классификация по способу герметизации
По методу герметизации различают следующие типы запорных клапанов:
С сальниковым уплотнением, в которых герметичность обеспечивается сальниковым блоком с уплотнительным материалом внутри (набивкой).
С сильфонным уплотнением, имеющим специальную гофрированную трубку, внутри которой расположен шток устройства. Сильфон приваривается к корпусу в верхней части конструкции и к затвору — в нижней, полностью перекрывая выход рабочей среды из системы.
Различия по методу фиксации
Запорные клапаны могут подсоединяться к трубопроводу с помощью:
Муфт (резьбовое соединение). Это распространенный метод фиксации в бытовом применении запорных клапанов, используется для устройств с условным диаметром менее 150 мм. Отличается простотой и удобством монтажа, не требует специального оборудования и навыков от монтажника.
Фланцев. Такие изделия стягиваются с ответным фланцем на трубе с помощью болтов/шпилек и гаек. Широко применяется на трубопроводах всех типов с давлением до 20 Мпа и диаметром от 10 до 1 000 мм. Фланцы могут быть круглой или квадратной формы, иметь уплотнительные прокладки и закладные пластины для повышения герметичности узла.
Запорный клапан и его роль в трубопроводах
Ни одна, даже самая примитивная гидравлическая или пневматическая система не обходится без запорно го клапана. Устройство используется в трубопроводах для регулировки подачи жидкости.
Это вид запорной арматуры, выполненный в форме клапана, который используется в трубопроводах для полного перекрытия проходного сечения.
Для чего нужен запорный кран
В первую очередь запорный клапан предназначен для регулирования подачи жидкостей или газа. В случае непредвиденной аварии, повреждения трубопровода, клапан позволяет оперативно перекрыть нужный участок, для проведения ремонтных работ.
Помимо этого, перекрывая определенные участки трубопровода, можно производить техническое обслуживание требуемых деталей.
Обратите внимание! Запорные клапаны нашли применение не только в трубопроводах, используемых в быту, но и в химической, целлюлозно-бумажной промышленности и нефтеперерабатывающих областях.
Принцип работы и особенности устройства
Принцип действия подобного клапана прост — при вращении штурвала (деталь трубопроводной арматуры) шпиндель, через резьбу, передает прокрутку на затвор (золотник), который поступательно перемещается и перекрывает собой отверстие, блокируя ход рабочей среде.
Модели запорных клапанов отличаются в различных моделях в основном способом монтажа.
Достоинства и недостатки
Запорный клапан имеет следующие достоинства:
Однако, выбирая запорную арматуру, нельзя не учитывать и недостатки устройства:
Обратите внимание! Есть вероятность прикипания затвора к седлу, в результате чего может произойти отрыв затвора от штока.
Классификация запорных клапанов
Классифицируют клапаны по типу крепления к трубопроводу и способу герметизации конструкции, строению.
По способу фиксации клапаны бывают:
В зависимости же от способа герметизации, клапан может быть:
Обратите внимание! Расположение патрубков на входе и выходе, помимо всего прочего, позволяет снизить присутствующее в системе избыточное гидравлическое давление.
В зависимости от строения клапаны делят на угловые и проходные конструкции:
Запорные устройства могут работать и без применения физической силы человека, а в автоматическом режиме. Клапаны оснащены электромагнитным устройством, к которому крепится затвор в виде поршня или диска. При подаче электрического тока затвор перемещается и открывает проход для транспортировки рабочей среды.
Обратите внимание! Отдельную группу составляют термозапорные клапаны, которые работают в системах пожарной безопасности. При повышении t выше максимальной отметки он блокирует подачу газа к приборам в целях безопасности.
Клапан запорный (вентиль)
Назначение
Клапан запорный (вентиль) – служит для перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе, движущегося в одном направлении. Направление движения рабочей среды по стрелке на корпусе. Запирающий элемент перемещается параллельно оси потока.
Применяют запорные клапаны, чаще всего, на паро- и водопроводах, поскольку они создают высокое сопротивление потоку, выше чем задвижки. При течении поток искривляется, меняет свое направление, сужается, затем расширяется до первоначальных размеров. При этом возникают интенсивные вихреобразования.
Поэтому их применяют когда движение среды происходит только в одном направлении и не вызывает больших гидравлических сопротивлений. Специальные клапаны применяют для ручного дросселирования давления (например, редукционный вентиль на установках термического крекинга).
Следует заметить, что до 1982 года клапаны, в которых затвор перемещается при помощи резьбовой пары шпиндель – ходовая гайка, назывались вентилями. В настоящее время клапаном называют и арматуру с резьбовым шпинделем и с гладким штоком.
Запорные клапаны должны соответствовать требованиям ГОСТ 5761 (в части клапанов сальниковых и сильфонных, стальных и из цветных металлов), ТУ и КД.
Номинальные давления от PN1,6 МПа (PN16) до PN25МПа (PN250) включительно.
Конструкция
Клапан состоит из следующих основных элементов:
Запорным органом является затвор, поступательно перемещающийся в вертикальной плоскости. Уплотнительные поверхности затвора запорного клапана могут иметь форму:
Клапан запорный (вентиль)
Седло клапана ввинчивается или вваривается в корпус изделия.
Конструкция верхнего уплотнения защищает сальниковую набивку, когда клапан находится в полностью открытом положении, чем исключается долговременное воздействие давления рабочей среды на набивку. Сальниковая набивка выполнена из терморасширенного графита и имеет хорошую уплотнительную способность.
Крышка крепится на корпусе при помощи шпилек с навернутыми на них шестигранными гайками, что позволяет быстро и удобно производить разборку изделия. Спирально навитая прокладка надежно уплотняет соединение крышки с корпусом даже при высокотемпературных условиях эксплуатации.
На клапанах высокого давления возможно применение металлической прокладки овального или восьмиугольного сечения. Втулка шпинделя изготавливается из латуни, что позволяет обеспечивать свободное и мягкое открытие клапана.
Уплотнение шпинделя
По способу герметизации соединения шпиндель-крышка, клапаны делятся на:
Сальниковая – для уплотнения места прохода шпинделя используется сальниковая набивка – пропитанная антисептическими и гидрофобными составами специальная формованная лента из материалов растительного происхождения. Набивка сжимается в направлении оси штока или шпинделя и, благодаря своим упругим свойствам, расширяется в радиальном направлении, плотно заполняя пространство зазора между стенкой и штоком. Сальниковое уплотнение наиболее распространенный тип уплотнения благодаря своей простоте, низкой стоимости и возможности ремонта.
Сальниковое уплотнение
Сильфонная, мембранная – отличается отсутствием подвижных соединений с зазорами, через которые рабочая среда может вытечь наружу, благодаря тому, что устройство управления движением затвора находится по одну сторону упругого элемента, а рабочая среда – по другую сторону. Иначе говоря, стенка сильфона или мембрана выступают в роли герметизирующего элемента подвижного соединения.
Классификация
Проходные
Самые распространенные. В таком вентиле поток делает два поворота на 90°, что приводит к высокому сопротивлению и появлению застойных зон в корпусе.
Иногда ось выходного патрубка смещена относительно входного.
Угловые
Размещаются на поворотных участках трубопровода, в них поток поворачивает на 90° один раз, что позволяет снизить сопротивление по сравнению с проходными.
Прямоточные (вентиль Косва)
Для снижения гидравлического сопротивления применяют вентили со шпинделем расположенным под углом 45 градусов к потоку (вентиль Косва). Это позволяет выпрямить поток внутри вентиля и уменьшить его сопротивление. Но при этом увеличивается ход штока, строительная длина и масса изделия.
Принцип работы
При вращении штурвала происходит поступательное (перпендикулярно потоку) перемещение шпинделя, который прижимает золотник к седлу.
Положения открыто/закрыто
Основной особенностью конструкции запорного клапана является уплотнение затвора. При закрытии клапана золотник плотно прилегает к седлу.
Коэффициенты местного сопротивления
Коэффициенты местного сопротивления для различных элементов трубопровода:
Подбор запорного клапана (вентиля)
Поскольку запорные клапаны создают высокое сопротивление потоку применяют их, чаще всего, на паро- и водопроводах.
Выбор запорного клапана будет зависеть от следующих параметров:
Движение потока рабочей среды относительно запорного клапана, выбирается в зависимости от давления:
В клапанах низкого давления рабочая среда протекает непосредственно над седлом. Крутящий момент при закрытии клапана будет более высоким.
В клапанах высокого давления поток рабочей среды поднимается над золотником, создавая прижимающие усилия, уменьшающие крутящий момент при закрытии затвора. При открытии золотник поднимается на расстояние 25-40% от своего полнопроходного положения.
Преимущества и недостатки
По сравнению с задвижками клиновыми, также являющимися запорной трубопроводной арматурой, конструкция клапанов позволяет использовать внутреннее рабочее пространство изделия более рационально.
Простота конструкции клапанов обеспечивает быстроту их производства и обслуживания. Надежное уплотнение затвора и незначительная сила трения сопрягаемых поверхностей позволяют эксплуатировать вентиля в течение продолжительного периода.
Основные преимущества клапанов запорных:
Технические характеристики
Основные технические характеристики клапанов запорных:
Материальные исполнения из сталей:
Какие виды запорных клапанов существуют и в чем их основные особенности?
Любая гидравлическая или пневматическая конструкция не может нормально работать, если отсутствует запорный клапан. Этот элемент системы должен присутствовать на чертежах, чтобы не пропустить его при монтаже. С его помощью выполняется регулировка подачи жидкости. При выборе устройств нужно учитывать их характеристики, уметь различать детали по видам.
Что такое запорный клапан?
Вентиль запорный — элемент любой системы, работающей с жидкостями. Он предназначен для того чтобы перекрывать или открывать подачу жидкости. Если на линии случается авария, рабочие перекрывают вентили, чтобы устранить поломку. Прежде чем покупать деталь, нужно узнать её устройство и принцип действия. Она состоит из нескольких элементов:
Принцип работы детали заключается в том, что после поворота ручки, шпиндель начинает двигаться по резьбе вниз. Он постепенно закрывает отверстие, через которое поступает вода, масло, топливо, кислоты.
Основные характеристики
Относительно характеристик деталей для регулировки подачи рабочей смеси, они изменяется зависимо от материала, из которого изготовлен клапан. Ниже будут приведены параметры на примере чугунных изделий:
Детали изготавливаются согласно установленным ГОСТам.
Наиболее выгодным, надёжным, качественным вариантом является клапан, изготовленный из стали. При эксплуатации он выдерживает большие температуры (до 500 градусов), имеет высокий показатель интенсификации процессов коррозии.
Сфера применения
Запорные клапаны применяются для регулирования рабочего потока. Их устанавливают на системах для обеспечения хорошей герметизации соединений. Сферы применения:
С их помощью можно контролировать не только жидкую, но и газовую среду.
Применение запорного клапана
Классификация запорных устройств
Регулирующие проходные клапаны имеют несколько классификаций. По способу установки выделяют такие элементы:
Если говорить о герметизации, то выделяют такие элементы:
Разновидности трубопроводной арматуры:
По строению выделяется два вида клапанов:
Большинство клапанов приводятся в действия вручную. Однако есть модели с электрическим приводом, который автоматически регулирует подачу рабочей смеси.
Достоинства и недостатки
Запорные клапаны имеют сильные и слабые стороны. Преимущества:
Учитывая недостатки можно избежать многих проблем при эксплуатации запорных механизмов.
Принципы выбора и цены
Цены на детали изменяются зависимо от их размера, материала из которого они изготавливаются, наличия электрического привода, массы, вида уплотнительных элементов, типа скрепления с трубами. Средняя цена зависимо от материала:
При выборе устройства нужно учитывать некоторые особенности:
На упаковках с деталями указывается для каких рабочих сред они предназначены, какое давление выдерживают. От этого необходимо отталкиваться, выбирая проходной вентиль.
Монтаж
Для установки клапана не нужно обладать специфическими навыками. Достаточно соблюдать пошаговую инструкцию не нарушая последовательность. Этапы монтажа:
Далее открывается задвижка, которая удерживала поток жидкости. Нужно проверить надёжность соединения на разных уровнях давления. Так можно заменить старый вентиль в домашних условиях. Важно следить за накручиванием запирающего элемента на резьбу. Нельзя допускать перекосов, которые могут разрушить целостность системы.
Если клапан с фланцем, нужна дополнительная подготовка труб. Для этого они разрезаются, по торцам навариваются металлические пластинки с отверстиями под крепёжные элементы. Далее между трубами устанавливается клапан. Между фланцами закрепляется резиновая прокладка на водостойкий клей. Конструкция закрепляется с помощью болтов, гаек. Дополнительно можно сварить фланцы с помощью сварочного аппарата. Шов обязательно зачищается шлифовальной машинкой, покрывается антикоррозийным составом.
Запорные клапаны являются необходимыми элементами любой системы, работающей с газами, жидкими средами. С их помощью изменяется мощность подачи жидкости или газа, полностью перекрывается поток. Монтаж может провести любой человек, зная пошаговую инструкцию.