Предохранительный клапан

Избыточное давление и высокие показатели напора в трубопроводе являются опасными факторами разрушения системы. Для предотвращения преждевременного износа, а также продления срока эксплуатации трубопроводных систем, используется арматура специального назначения – предохранительный клапан.

Данное устройство отличается максимально надежной, но при этом достаточно простой конструкцией. Обязательной считается установка предохранительных клапанов на трубопроводы с высоким давлением рабочей среды. Специалисты ценят предохранительную клапанную арматуру за ее простой монтаж и легкую настройку, а также разнообразие модельных типов, качественные технические характеристики и компактные размеры. Специфической особенностью данных клапанов также является их универсальность и возможность установки практически на любых типах трубопроводных систем.

Принцип работы предохранительного клапана

При высоком давлении в трубопроводе формируются излишки воздуха. Действие предохранительного клапана направлено на то, чтобы извлечь воздушные пузыри на участках их скопления в жидкости под давлением. Тем самым, происходит активное предотвращение преждевременного износа трубопровода, а также появления прорывов, поломок и протеканий.

Основными причинами возникновения аварийных ситуаций, предотвращаемых посредством установки предохранительного клапана, являются:

• скачки давления и напора содержимого трубопровода;
• неквалифицированная настройка оборудования;
• неверно выполненный монтаж трубопроводной системы;
• влияние внешних факторов;
• неправильная сборка элементов, некачественные составляющие.

Клапан предохранительный в прямом смысле «предохраняет» трубопровод от накопления в нем воздушных «пломб» в случае внезапного повышения давления. Если запорная арматура общего назначения ликвидирует экстренные ситуации уже по факту их возникновения, то установка предохранительного клапана выступает в качестве предупреждающей меры к их возникновению.

Конструкция клапана трубопроводной арматуры

Прежде всего, стоит отметить, что трубопроводный клапан предохранительного типа чаще всего устанавливается на газовые трубопроводы. Газовый запорно-предохранительный агрегат обладает надежной комплектацией. Очень важно, чтобы каждая деталь данного механизма была выполнена из качественных материалов в заводских условиях.

Основные детали запорного клапана с предохранительной функцией:

• надежный металлический корпус с верхней открывающейся крышкой;
• фланцевое соединяющее крепление;
• комплект элементов для настройки и регулировки клапана;
• соединительный клапанный шток;
• тщательно настроенные пружинные элементы.

Конструкция предохранительного клапана в деталях может отличаться, в зависимости от сферы применения клапана в трубопроводе того или иного типа. К слову, клапаны устанавливаются как на отопительном, так и на газовом, паровом или водном трубопроводных контурах.

Основная схема работы предохранительного клапана в любой системе состоит в следующем:

• под воздействием контролируемых показателей давления в системе, содержимое трубопровода сталкивается с шарикообразным элементом, который направляет поток в торец гильзы, где происходит подготовка к дальнейшему процессу;
• на первом этапе срабатывает пружина клапана, предварительно настроенная специалистами в заводских условиях;
• если пружинный механизм слишком слаб для удержания содержимого под натиском давления, срабатывает защитная мембрана с регулирующим механизмом;
• регулятор мембраны под действием штока выталкивает шаровой элемент вверх, отправляя его в канал сцепления с гильзой;
• затем клапан начинает перекрывать поступление содержимого трубопровода, когда шток перемещается в сторону под действием пружины – в этот момент давление должно снизится;
• если давление по плану действия клапана снижается, регулируемый рычаг мембранного механизма смещает шток вниз;
• второй шток перемещает шариковый механизм в канал втулки, тем самым открывая проход содержимому трубопровода и прекращая сцепление с гильзой;
• в противном случае (при воздействии чрезмерно высокого давления), пружинный механизм срабатывает, направляя один из двух штоков для полного перекрытия потока содержимого трубопровода.

Достаточно сложный механизм клапанной системы обладает при этом простым набором прочных элементов, которые за счет обычного механического воздействия гарантируют предотвращение износа трубопровода и его разрывов на отдельных участках системы.

Разновидности предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны, предотвращающие возникновение экстренных ситуаций, классифицируются по способу действия, а также по объемным показателям и величине нагрузки на золотник.

Итак, по способу воздействия на функции регулирования давления напора в трубопроводе, предохранительные клапаны разделяют на:

• агрегаты с прямым воздействием – такой клапан срабатывает непосредственно под давлением рабочей среды содержимого трубы;
• приборы непрямого воздействия – функция работы клапана имеет импульсный характер. При этом клапанная система реагирует на посторонние факторы или электрический импульс;
• клапаны пропорционального типа действия – устанавливаются в трубопроводах с содержимым, не поддающимся сжатию (с отсутствием давления);
• комбинированные клапаны – агрегаты с двумя типами действия из перечисленных выше.

Следующая классификация запорно-предохранительной арматуры разделяет клапанное оборудование по параметрам высоты органа замыкания. К приборам данного типа относят:

• клапаны с полным подъемом замыкающего органа – высота подъема механизма замыкания составляет ¼ седельного объема. Прибор открывается сразу с полным оборотом «тарелки»;
• клапаны с малым подъемом – запирающий элемент поднимается всего на 1/20 диаметра объема седельного элемента;
• среднеподъемные клапаны – при работе клапана, запирающий механизм открывается в среднем значении между значениями устройств двух предыдущих типов.

Самыми популярными модификациями указанной арматуры являются полноподъемные клапаны. Специалисты рекомендуют их к обязательному использованию в трубопроводах с жидкими и газовыми средами.

Еще одной распространенной классификацией клапанов запорно-предохранительного типа можно считать различие по нагрузке на золотник. В соответствии с данной характеристикой, выделяют:

• магнитные клапаны с пружиной – устанавливаются в трубопроводах со сложной конфигурацией. Они, как правило, оснащены электромагнитным приводом и выполняют функции импульсных регуляторов управления содержимым и давлением потока;
• клапаны рычажно-грузового типа – агрегаты, в которых баланс нагрузки на золотник компенсируется посредством груза. Давление груза, в свою очередь, формируется при воздействии рычажного элемента на клапанный механизм штока.

Последний вид предохранительных клапанов запрещено устанавливать на сосуды передвигающегося типа!

Предохранительные клапаны с приводом

Запорно-предохранительная клапанная арматура часто оснащается различными приводами для удобства ее эксплуатации и контроля параметров содержимого трубопровода. Самыми распространенными видами приводов для установки совместно с регулирующими предохранительными клапанами, являются пневматический, а также электрический.

Прочный корпус, являющийся очень важным параметром при выборе клапанов предохранительного типа для различных трубопроводов, может быть выполнен в различной форме: угловой, прямоточной или проходной. В зависимости от формы корпуса, клапаны могут использоваться в различных трубопроводных системах (газового, водного и парового типа).

Проходная конструкция обладает преимуществом пропускания содержимого в обоих направлениях – прямом и обратном. То есть, в такой конструкции клапана поток содержимого находится в одинаковых условиях на входе и выходе из агрегата. Угловой клапан «поворачивает» поток содержимого на 90 градусов, при этом снижая гидравлическое сопротивление. В прямоточной конструкции изделия направление потока не меняется, однако шпиндельная ось располагается под наклоном.

Помимо клапанов с золотником (тарельчатой конструкции) также выделяют игольчатые клапаны с коническим затвором. Затвор конической формы, обычно, не превышает в диаметре 25 мм и рассчитан на максимальное давление рабочей среды в 16 МПа.

Преимущества установки клапана предохранения

Клапаны любой классификации запорно-предохранительного типа обладают неоспоримыми преимуществами для использования на всех видах трубопроводных систем. Это выражается в следующем:

• данные агрегаты обеспечивают надежную герметизацию системы;
• приборы обладают надежной и простой конструкцией;
• клапаны просты в применении, не требуют сложной настройки и монтажа;
• характеризуются универсальностью в эксплуатации с любым типом трубопровода;
• имеют высокую стойкость к износу, надежный уплотнитель в клапанной конструкции;
• отличаются оптимальными параметрами строительной высоты благодаря небольшой массе и малому ходу затвора при открытии;
• обеспечивают возможность выдерживать высокие нагрузки, действие агрессивных сред и температурных перепадов;
• допускают возможность уплотнения арматуры сильфоном для усиления сопротивления износу при внешнем воздействии негативных факторов.

Конструкция и работа регулирующего клапана

Одним из наиболее популярных типов предохранительных клапанов выступают клапаны регулирующего типа. Функция регулирования потока содержимого – это очень важная составляющая нормальной работы трубопровода, снижающая риск возникновения нештатных ситуаций.

Принцип работы регулирующих клапанов заключается в том, что данный механизм контролирует изменение расхода рабочей среды в трубопроводе. За счет этого осуществляется активная регулировка потока. Как правило, такие клапаны оснащаются приводами автоматического действия – пневматическим, электрическим, гидравлическим и электромагнитным. Однако для более простых систем также используется и ручное регулирование, требующее наличие обслуживающего персонала на трубопроводе.

Особая конструкция регулирующих клапанов обязательно предполагает наличие специального устройства – плунжера. Это механизм, к которому крепится регулирующий клапан и выступающий в качестве основного подвижного элемента. Сам клапан может монтироваться к трубопроводу самыми различными способами, включая фланцевое соединение, муфту, штуцер, сварку или цапковый метод монтажа.

Особенности клапана обратного типа

Предохранительные клапаны обратного типа действия отличается от регулирующих тем, что они пропускают поток содержимого трубопровода в одном направлении и одновременно перекрывают его в другом. Обратные клапаны устанавливаются на сосуды и трубы с высокими показателями давления перекачиваемого содержимого.

По своей конструкции обратные клапаны делятся на приемные, шаровые, стальные и невозвратно-запорного типа. Между собой обратные клапаны различной классификации разнятся сферой применения (типами трубопроводов). Основные отличия в существующих модификациях: особый диаметр соединительных элементов, угол поднятия запора, наличие сетки и регулирующего механизма.

Главными преимуществами обратных клапанов является прочный металлический корпус, который обычно выполняется из латуни, чугуна, стали, бронзы, титана и прочих материалов высокого качества. Еще одним важным достоинством клапанов именно невозвратно-запорного типа является функция принудительного открытия и закрытия.

Параметры правильной настройки клапана

Настраивать предохранительный клапан следует сразу же после его монтажа, а также после выполнения первичной промывки системы. Настройку параметров клапанной системы должен выполнять только специалист с надлежащей квалификацией. Суть данного процесса заключается в регулировании рабочего давления в системе. Для правильной работы предохранительного клапана следует отрегулировать чувствительность клапана к повышенным параметрам давления потока.

При выборе и настройке клапана необходимо обязательно учитывать плотность корпуса изделия, герметичность соединений в трубопроводе, а также возможное отклонение наклона затвора при полном закрытии и открытии клапанной задвижки.