Технические характеристики и основные типы клапанов
По сути, клапан является запорно-регулирующей трубопроводной арматурой. Это механическое приспособление, служащее для пропуска, перекрывания или регулировки поступления жидкостей, паров или газов по трубопроводу. Исходя из вышеизложенного, такое изделие можно назвать периодическим препятствием, расположенным внутри трубы. Размеры клапанов могут исчисляться нескольким сантиметрами или несколькими миллиметрами. Точный параметр зависит от параметров трубы, на которую он установлен. Конструкция может крепиться к трубопроводу посредством резьбового, фланцевого или сварного соединений.
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
Устройство регулирующих клапанов включает: корпус, крышку (головку), седло, затвор (заслонка) и шток (шпиндель) с маховиком. Иногда маховик может быть заменен на автоматическое приспособление. Все составляющие объединены посредством корпуса. Рабочая материя подается вовнутрь устройства через корпус. Шпиндель, находящийся в головке (здесь же расположен уплотняющий сальник), заставляет затвор передвигаться, в результате чего открывается или закрывается отверстие, имеющееся в седле. Рабочий состав, поступая сквозь него, выходит с другой стороны. Поток может быть прямым или заворачивать.
Материалы для производства
Для изготовления таких конструкций используют материалы, которые соответствуют необходимым требованиям, выставляемым для определенного вида труб и рабочих составов.
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).
Разновидности клапанов
Конструкцию с линейным перемещением затвора или шибер (задвижка) часто применяется для трубопроводов. Такой промышленный клапан называется затворным. Он может быть полностью закрыт или открыт. Открытый дает возможность потоку материи проходить по трубопроводу почти беспрепятственно.
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.
Клапаны, оснащенные поворотным затвором
Изделия дроссельного типа нужны для регулировки или перекрывания доступа к газу, жидким или двухфазным потокам. Тонкая заслонка внешне напоминает две сложенные вместе глубокие тарелки. В проходном отверстии дроссельного устройства может находиться уплотняющая прослойка из мягкого материала. Шпиндель перемещается относительно заслонки. При закрытии заслонка препятствует прохождению потока, принимая перпендикулярное положение и плотно примыкая к мягкому прокладочному материалу, расположенному внутри корпуса. Когда дроссельный клапан открыт, значит, заслонка расположена параллельно потоку.
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.
