Запорные клапаны. Их назначение, устройство, достоинства и недостатки

В арматуростроении клапаном называют все устройство, служащее для перекрытия потока среды в трубопроводе с помощью затвора, имеющего вид диска (тарелки клапана, золотника), при поступательном движении шпинделя (штока) вдоль оси потока, перпендикулярно к плоскости седла. Классификация запорных клапанов приведена на рисунке ниже:

Классификация клапанов запорных

Поступательное движение шпинделя обеспечивает простоту конструкции и возможность быстрого перемещения затвора, но требует значительного перестановочного усилия для управления клапаном и дополнительных устройств для фиксации его в требуемом положении. Клапан запорный представляет собой затвор со шпинделем, ввинчиваемым в резьбу неподвижной ходовой гайки, расположенной в крышке или бугеле. Клапан управляется вручную. Применение ходовой резьбы, обладающей свойствами самоторможения, позволяет оставлять затвор в любом положении с уверенностью, что это положение сохранится и не будет самопроизвольно изменяться под действием давления среды. Использование резьбы позволяет применять малые усилия на маховике для управления клапаном. Клапан запорный отличается простотой конструкции и создает хорошие условия для надежной герметичности запорного органа в закрытом состоянии. В связи с этим клапаны получили широкое распространение в запорной арматуре. Наиболее широко клапаны запорные применяются на трубопроводах малого диаметра. По мере увеличения условного диаметра прохода трубопровода, начиная с Dy 50 мм они уступают место задвижкам. При диаметрах Dy 200...250 мм клапаны используются редко, так как при больших условных диаметрах прохода и высоких давлениях усилие па шпинделе возрастает настолько, что клапан становится трудноуправляемым. Кроме того, запорные клапаны обычной конструкции имеют, как правило, высокий коэффициент гидравлического сопротивления (3^-5 и более). При больших условных диаметрах прохода применение клапанов создает большие потери энергии в связи с большим количеством транспортируемой по трубопроводу среды. Это вызывает излишние расходы из-за необходимости соответственно повышать начальное давление в системе. Положительным качеством клапана является сравнительно небольшой ход затвора, необходимый для полного открытия запорного органа. Для этой цели тарелку клапана достаточно поднять на 1А диаметра отверстия в седле, тогда как для открытия задвижки необходимо клин или диск переместить на величину, равную диаметру отверстия, т.е. увеличить ход в четыре раза. Поэтому клапан имеет значительно меньшую строительную высоту, чем задвижка того же диаметра прохода, но строительная длина его (расстояние между наружными торцами присоединительных фланцев) больше, чем в задвижке, причем с увеличением диаметра прохода эта разница увеличивается. Клапаны общепромышленного назначения изготовляются с сальниковым уплотнением шпинделя, корпусные детали из серого чугуна, ковкого чугуна, стали, латуни, бронзы. По конструкции корпуса и расположению на трубопроводе различают проходные, угловые и прямоточные клапаны Проходные и прямоточные устанавливаются на горизонтальном или вертикальном участках трубопроводу угловые - на месте поворота трубопровода. Последние имеют меньшее гидравлическое сопротивление, но область их применения ограничена поворотными участками трубопроводов. Прямоточные клапаны, шпиндель которых расположен под углом к оси прохода (обычно под 45°), имеют относительно малое сопротивление. Клапаны, как правило, конструируются и устанавливаются так, чтобы движение среды происходило " под клапан", т.е. навстречу движению затвора при закрывании запорного органа. Серьезным недостатком конструкции клапана с подачей среды " на клапан" является то обстоятельство, что при этом сальник вес время находится под действием давления среды - даже при закрытом положении запорного органа. На рисунке ниже изображены' чугунный и стальной запорные клапаны и даны их монтажные размеры. В таблице внизу страницы приведены выпускаемые в СНГ исполнения запорных клапанов по классификации ЦКБА.

Клапаны запорные: а - проходной 15кч16пЗ (12361, 36-06.001): б - прямоточный 15с58нж (12362, 36-06.003)

Клапаны запорные электромагнитные (ЗЭ) предназначены для быстрого дистанционного отключения или включения трубопровода. В связи с ограниченными тяговыми усилиями применяемых электромагнитов условные проходные диаметры электромагнитных клапанов прямого действия обычно имеют небольшое значение Dy 6...40 мм. Применение мембранных усилителей позволяет создавать электромагнитные клапаны с Dy 100...200 мм.

Электромагнитные запорные клапаны применяются в трубопроводных системах, агрегатах, аппаратах с автоматическим управлением и при управлении процессами вручную - оператором. Они отличаются быстродействием и малыми габаритными размерами. При выборе электромагнитного клапана необходимо учитывать его технические данные, назначение, конструктивные особенности, так как не все электромагнитные клапаны допускают любое направление рабочей среды. Некоторые конструкции предназначены для работы только при заданном направлении потока, как правило, под золотник, в противном случае они полностью или частично теряют работоспособность или не обеспечивают герметичность запорного органа. Классификация запорных электромагнитных клапанов приведена на рисунке ниже:

Классификация ЗЭ клапанов

Различают сальниковые и бессальниковые конструкции электромагнитных клапанов. В зависимости от вида действия -положения запорного органа при обесточенной обмотке привода -клапаны подразделяются на нормально открытые (НО) и нормально закрытые (НЗ). В клапанах с видом действия НО при обесточенной обмотке электромагнита проход открыт, в клапанах с видом действия НЗ - проход закрыт. Имеются конструкции клапанов, которые могут настраиваться для работы на требуемый вид действия - НО или НЗ. По принципу работы привода электромагнитные клапаны подразделяют на клапаны прямого действия и с мембранным или поршневым усилителем. Усилители действуют с использованием энергии рабочей среды. В электромагнитных клапанах прямого действия перестановочное усилие, действующее на золотник, создается только тяговым усилием, развиваемым электромагнитом, поэтому действие их не зависит от перепада давления рабочей среды на клапане и обеспечивается на всем диапазоне перепадов давления. Клапаны прямого действия имеют простую конструкцию, обладают высоким быстродействием и надежны в работе. Они могут быть использованы на вязких или сильно загрязненных средах. В зависимости от разгрузки золотника от одностороннего давления рабочей среды различают клапаны с неразгруженным и с разгруженным золотником. С увеличение Dy и ру возрастают силы сопротивления в клапане и в них применяются мембранные или поршневые усилители, преобразующие энергию рабочей среды в перестановочное усилие.

Различают клапаны со свободно плавающим золотником и клапаны с принудительным подъемом золотника. Запорные электромагнитные клапаны общепромышленного назначения изготовляют из серого и ковкого чугуна, стали, латуни.