Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типы

При эксплуатации любой системы в трубопроводах из-за сбоя в работе может возникнуть высокое давление, которое способно привести к разрушению оборудования. Для защиты агрегатов в систему устанавливают предохранительный клапан, который, если в трубопроводах повысится давление выше номинального, производит сброс избытка рабочей среды, и в системе восстанавливается номинальное давление.

Принцип действия предохранительных клапанов

Защитное устройство от высокого давления устанавливается в трубопроводах и сосудах, находящихся под давлением. В зависимости от назначения конструкция предохранительных элементов может быть разным, но схема и принцип работы у всех одинакова.

При нормальной работе оборудования седло под действием пружинного механизма закрыто и не оказывает никакого воздействия на систему. Давление настройки клапана равно рабочему давлению в системе. Когда напор в трубопроводах превысит усилие пружинного элемента, закрывающего отверстие, то седло откроется и произойдет выброс проводимой среды. В результате давление упадет и седло опять закроется.

Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыСхема предохранительного клапана

Рабочая среда может быть разной, вода, пар, газообразные фракции, смазочные и гидравлические масла и нефтепродукты. Поэтому и сброс излишек напора может производится в атмосферу, например, пар, воздух, вода, или обратно в сливную магистраль для агрессивных материалов.

Предохранительный клапан начинает приоткрываться для сброса давления при напоре на 3% ниже номинального. Сброс рабочей среды вначале небольшой, но если этого недостаточно и напор растет, то седло откроет доступ к сливу при показателях 110-115% от рабочего.

После того как напор упадет, седло перекроет доступ, и система продолжит работу в нормальном режиме.

Применение предохранительных устройств

Для обеспечения безопасной работы предохранительный фитинг является обязательным элементом любой системы, работающей под давлением.

В зависимости от назначения они могут устанавливаться в следующих местах:

  1. Горячее водоснабжение и отопление. Предохранительный клапан для системы отопления устанавливается на трубопроводах после подающего насоса. Так как горячая вода агрессивна, сброс должен направляться в безопасное место, обычно в канализацию. При больших расходах количество агрегатов может доходить до 2 и больше.
  2. Фитинг сантехнический для водопровода холодной воды устанавливается в трубопроводах водоснабжения питьевой водой. Сброс производится непосредственно на землю.
    Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыФитинг сантехнический для водопровода
  3. Гидросистема. В качестве рабочей жидкости используются гидравлические масла. Гидросистема служит для привода рабочих механизмов: гидромоторов, гидроцилиндров. Предохранительный фитинг устанавливается на трубах, или может быть в составе насоса или гидрораспределителя. Сброс масла производится в сливную магистраль.
  4. Трубопроводы газоснабжения.  Повышение напора в трубах может привести к аварийной ситуации – это отрыв пламени от горелок, накапливание излишка газа и взрыв в помещении. Поэтому арматура устанавливается сразу после регулятора напора, а сброс производится в атмосферу.
  5. Система воздушная, компрессоры. Защитное устройство устанавливается в корпусе компрессора, сброс происходит в атмосферу.

Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыПредохранительный фитинг компрессора

Виды защитных механизмов

В промышленности применяются различные конструкции защитных устройств труб, в зависимости от их места установки и проводимой среды. Это могут быть пружинные, рычажные, мембранные, двухпозиционные и другие виды применяемых предохранительных клапанов.

Рассмотрим подробнее их устройство и принцип работы.

Клапан предохранительный пружинный

Самый широко используемый предохранительный клапан, особенно для систем отопления. Основные его преимущества, простота конструкции и возможность легко отрегулировать на рабочее давление в системе. Различают следующие разновидности защитных пружинных механизмов:

  • прямого действия – устройство срабатывает при непосредственном воздействии рабочей среды;
  • непрямого действия – сброс повышенного напора производится внешним управлением, например, электрическим сигналом;
  • двухпозиционные агрегаты – открытие фитинга происходит сразу резко на полный ход, после сброса напора фитинг резко закрывается, что может вызвать автоколебания седла и вибрацию механизма.

Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыДвухпозиционный фитинг

Защитный механизм рычажного типа

Механизм данного фитинга состоит из рычага, соединенного с золотником, который закрывает отверстие выпуска. На рычаг подвешивается груз, и, в зависимости от веса груза и места крепления на рычаге, регулируется настройка механизма.

Груз фиксируется на рычаге от случайного смещения и изменения настройки. Недостатком данной конструкции является ее громоздкость, поэтому применение таких механизмов производится в системах с большим диаметром труб, больше 50 мм.

Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыЗащитное устройство рычажного типа

Клапан предохранительный мембранный

Основным элементом такой конструкции является мембрана. Принцип работы состоит в том, что при возникновении аварийного напора в трубах мембрана разрывается и производится сброс рабочей среды. Мембранные устройства просты в изготовлении, герметичны и быстро срабатывают.

Важно! У них есть существенный недостаток, после каждого срабатывания мембрану надо менять на новую. Поэтому всегда рядом с таким устройством ставят и обычный фитинг.

В зависимости от конструкции, такие устройства могут быть с разрывной мембраной и с хлопающей мембраной:

  1. Механизмы с разрывной мембраной применяют в системах с жидкими и газообразными рабочими средами. Форма мембраны плоская или куполообразная, при резком изменении давления выше рабочего устройство срабатывает, и мембрана разрушается.
  2. Механизмы с хлопающей мембраной используются чаще всего в системах с газообразной рабочей средой. Мембрана изготавливается из каучукообразной ткани и предохраняет трубы как от повышения, так и опасного снижения давления. Для этого сверху и снизу мембраны расположены ножи. При изменении давления мембрана выгибается, и когда, при резком перепаде в системе, касается ножей, то происходит разрез оболочки. При этом в зависимости от величины напора происходит или сброс, или пополнение от дополнительной емкости.

Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыПредохранительное мембранное устройство

Установка и монтаж

Для обеспечения безопасной эксплуатации газовых и водяных трубопроводов, при установке защитных агрегатов, рекомендуется соблюдать следующие требования:

  1. На трубах, подходящих к защитному механизму, и трубопроводах сброса напора нельзя устанавливать запорную арматуру и фильтра.
  2. Ось пружинного фитинга должна устанавливаться вертикально. К агрегату должен быть обеспечен свободный доступ для замены и регулировки.
  3. Рычаг защитного механизма рычажного типа при установке должен располагаться горизонтально.
  4. Перед фитингом для контроля напора необходимо установить манометр.
    Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыУстановка манометра на трубопровод
  5. В зависимости от рабочей среды отводящая труба может быть направлена: в атмосферу для пара и газообразных неагрессивных сред. Для горячей воды слив должен быть направлен в специальную емкость, или обратно в систему. Если в трубах агрессивная среда, то сброс должен сливаться только в закрытый резервуар.
  6. Длина трубы от оборудования до установки защитного агрегата должна быть минимальной. На этом участке не допускается подключение ответвлений для отбора рабочей среды.
  7. Предохранительный клапан для системы отопления может устанавливаться в нескольких местах на трубопроводе, при этом расход рабочей среды через трубопровод должен быть на 1,25 раз больше, чем суммарный расход устанавливаемых устройств.
    Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыУстановка оборудования в котельной
  8. Перед сдачей системы в эксплуатацию обязательно проверяют правильность настройки предохранительного клапана, а также его способность возврата в начальное положение и обеспечения герметичности.

Эксплуатация

Долговечность работы защитных механизмов зависит от соблюдения всех условий технической эксплуатации. При работе защитного агрегата из-за износа основных частей могут возникать следующие дефекты:

  1. Негерметичность седла. Дефект может возникнуть в результате попадания металлической стружки и наличие рисок на седле. Дефект устраняется притиркой седла или его заменой на аналогичный фитинг.
  2. Заниженное давление открытия устройства вследствие потери пружиной клапана своих упругих свойств или разрегулировка настройки. Для устранения отказа надо заменить пружину или сам фитинг, настроить давление, проверить в работе и поставить пломбу.
  3. Если необходимо произвести замену агрегата для ремонта, то на его место нельзя временно ставить заглушку или вентиль. Необходимо, для безопасности объекта, предварительно произвести подбор клапана с точно такими же характеристиками, и только его устанавливать вместо снятого.
  4. Если возникает пульсация при работе, быстрое открытие и закрытие затвора устройства, то такой дефект может вызывать нежелательную вибрацию трубопроводов, что может привести к их деформированию. Причиной может быть несоответствие размеров сечений основного трубопровода и трубопровода, подключенного к агрегату. Для устранения дефекта надо при монтаже устанавливать трубы одинакового сечения.

Источник: https://ZnatokTepla.ru/truby/osnovnye-tipy-predohranitelnyh-klapanov-i-ih-primenenie.html

Устройство и принцип работы пружинного предохранительного клапана

На рынке предохранительной арматуры для котлов и систем отопления основную нишу занимают пружинные предохранительные клапана. Многие производители изготавливают модели самых разных диаметров и на различные диапазоны настройки.

Основным назначением предохранительного клапана является защита трубопроводных систем и котлов от превышения давления. Достоинством данного оборудования является его работа в автоматическом режиме. При превышении настроечного давления теплоносителя клапан открывается и начинает сбрасывать излишки теплоносителя в отводной трубопровод.

Когда давление опускается в рабочие пределы, то клапан автоматически закрывается и прекращает сброс теплоносителя.

Устройство пружинного предохранительного клапана

Предохранительный клапан пружинного типа представляет собой изготовленный из латуни или бронзы корпус, внутри которого находится предохранительный пружинный механизм.

В основе данного механизма лежит стальная пружина, защищенная от внешнего воздействия пластиковым колпачком, который также выполняет функцию проверочной ручки. Проверочная ручка позволяет в случае необходимости в ручном режиме осуществить принудительное открытие клапана для проверки его работоспособности.

Для надежной защиты пружинного механизма от попадания в него теплоносителя имеется мембрана, изготовленная из этилпропиленовой резины.

Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыУстройство пружинного предохранительного клапана Valtac VT 490: 1 — латунный корпус; 2 — пластиковая крышка корпуса; 3 — пластиковая проверочная ручка; 4 — пластиковая заглушка; 5 — алюминиевая шильда; 6 — латунный шток; 7 — нейлоновая втулка подстройки; 8 — стальной фиксатор штока; 9 — стальная пружина; 10 — каучуковая золотниковая обойма; 11 — пластиковый золотник

Читайте также:  Сталь 9хс: характеристики, расшифровка, применение

Принцип работы пружинного предохранительного клапана

Предохранительный клапан: устройство, назначение, работа, типыПринцип действия пружинного предохранительного клапана

В основе принципа работы предохранительного клапана лежит взаимное противодействие на затворе давления воды, стремящегося открыть клапан и усилия пружины, направленного на удержание затвора в закрытом положении. Предохранительный клапан будет закрыт до тех пор, пока давление воды на затворе не превысит усилие пружины.

Необходимо отметить, что клапан начинает срабатывать уже при давлении примерно на 3% меньшем, чем настроечное. Если давление в системе продолжает расти, то это приводит к дальнейшему подъёму затвора (пропорционально давлению теплоносителя) и равномерному увеличению объёма сбрасываемой воды.

Полное открытие предохранительного клапана наступает при давлении примерно 110-115% от настроечного (в зависимости от модели). После сброса излишков теплоносителя давление в системе начнёт снижаться и как только усилие пружины предохранительного клапана преодолеет статическое и динамическое давление вытекающей воды, затвор закроется.

Полное закрытие предохранительного клапана наступит при снижении давления в системе до 80% от настроечного.

Настройка пружинного предохранительного клапана

Настройка предохранительного клапана выполняется по месту установки, после завершения всех монтажных работ и промывки отопительной системы.

Настройку давления в пружинном предохранительном клапане выполняют вращением специального регулировочного винта, сжимающего пружину, которая прижимает затвор к седлу. После этого проверяется давления срабатывания клапана, полного его открытия и закрытия.

В некоторых предохранительных клапанах производителем в заводских условиях уже настроено и зафиксировано давление срабатывания, поэтому самостоятельная регулировка давления в них уже невозможна.

В них имеется специальная неснимаемая крышка, которая защищает от перенастройки клапана.

Фирмы-изготовители для удобства пользования вводят цветовую маркировку крышек в соответствии с давлением настройки: черный цвет – 1,5 бар, красный – 3 бар, желтый – 6 бар (предохранительные клапана Valtec VT 490).

Производители рекомендуют периодически прочищать предохранительные клапана в случаях, когда система отопления работает стабильно, без превышения давления.

Это обусловлено тем, что клапан находится без работы в течение длительного времени, что может стать причиной его засорения различными загрязнениями. Для прочистки предохранительного клапана («подрыва») необходимо провернуть колпачок по направлению стрелки до характерного щелчка.

Данная процедура позволяет избежать течей, большая часть которых вызвана именно засорением и последующим неплотным прилеганием затвора к седлу клапана.

Источник: http://teplovichek.com/ustroistvo-princip-raboty-pruzhinnogo-predohranitelnogo-klapana/

Клапан предохранительный. Принцип действия, назначение, классификация и конструкции.. Статьи компании «ООО "УралПневмоИнжиниринг"»

Предохранительный клапан — трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов

Предохранительный клапан в дежурстве.

Предохранительный клапан — трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного.

Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления.

Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры и регуляторами давления прямого действия.

Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа оборудования, передача тепла от сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т. д.

), так и в результате внутренних физических процессов, обусловленных неким исходным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией.

 ПК устанавливаются везде, где может это произойти, то есть практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатации промышленных и бытовых сосудов, работающих под давлением.

Существуют и другие виды предохранительной арматуры, но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей конструкции, лёгкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений

Содержание

  • 1 Принцип действия
  • 2 Классификация предохранительных клапанов
  • 3 Различия в конструкциях
    • 3.1 Пружинные клапаны
    • 3.2 Рычажно-грузовые клапаны
    • 3.3 Магнито-пружинные клапаны
  • 4 Технические требования к предохранительным клапанам
  • 5 Правила и стандарты
  • 6 Примечания

Принцип действия

На поясняющем рисунке  — чертёж типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию.

С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана.

Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием.

Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду.

Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия

Классификация предохранительных клапанов

По принципу действия

  • клапаны прямого действия — обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;
  • клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства;

По характеру подъёма замыкающего органа

  • клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах)
  • клапаны двухпозиционного действия

По высоте подъёма замыкающего органа

  • малоподъёмные
  • среднеподъёмные
  • полноподъёмные

По виду нагрузки на золотник

  • грузовые или рычажно-грузовые
  • пружинные
  • рычажно-пружинные
  • магнито-пружинные

Различия в конструкциях

  • Двухсёдельная конструкция.
  • Предохранительные клапаны как правило имеют угловой корпус, но могут иметь и проходной, независимо от этого клапаны устанавливаются вертикально так, чтобы при закрывании шток опускался вниз.
  • Большинство предохранительных клапанов изготавливаются с одним седлом в корпусе, но встречаются конструкции и с двумя сёдлами, установленными параллельно

Малоподъемными называются предохранительные клапаны, у которых высота подъема запирающего элемента (золотника, тарелки) не превышает 1/20 диаметра седла, полноподъемными — клапаны, у которых высота подъема составляет 1/4 диаметра седла и более. Существуют также клапаны с высотой подъема тарелки от 1/20 до 1/4, их обычно называют среднеподъемными. В малоподъемных и среднеподъемных клапанах подъем золотника над седлом зависит от давления среды, поэтому условно их называют клапанами пропорционального действия, хотя подъем не пропорционален давлению рабочей среды. Такие клапаны используются, как правило, для жидкостей, когда не требуется большая пропускная способность. В полноподъемных клапанах открытие происходит сразу на полный ход тарелки, поэтому их называют клапанами двухпозиционного действия. Такие клапаны высокопроизводительны и применяются как на жидких, так и на газообразных средах.

Наибольшие различия в конструкциях предохранительных клапанов заключаются в видах нагрузки на золотник.

Пружинные клапаны

Хорошо видны рычаг и пружина.

В них давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины. Один и тот же пружинный клапан может быть использован для различных пределов настройки давления срабатывания путём комплектации различными пружинами. Многие клапаны изготавливаются со специальным механизмом (рычагом, грибком и др.) ручного подрыва для контрольной продувки клапана.

Это делается с целью проверки работоспособности клапана, так как во время эксплуатации могут возникнуть различные проблемы, например прикипание, примерзание, прилипание золотника к седлу.

Однако в некоторых производствах в условиях агрессивных и токсичных сред, высоких температур и давлений, контрольная продувка может быть очень опасной, поэтому для таких клапанов возможность ручной продувки не предусматривается и даже запрещается.

Чаще всего пружины подвергаются воздействию рабочей среды, которая сбрасывается из трубопровода или ёмкости при срабатывании, для защиты от слабоагрессивных сред применяют специальные покрытия пружин. Уплотнение по штоку в таких клапанах отсутствует.

В случаях же работы с агрессивными средами в химических и некоторых других установках пружину изолируют от рабочей среды при помощи уплотнения по штоку сальниковым устройством, сильфоном или эластичной мембраной.

Сильфонное уплотнение применяется также в тех случаях, когда утечка среды в атмосферу не допускается, например на АЭС.

Рычажно-грузовые клапаны

Конструкция рычажного-грузового клапана.

В таких клапанах усилию на золотник от давления рабочей среды противодействует сила от груза, передаваемая через рычаг на шток клапана. Настройка таких клапанов на давление открытия производится фиксацией груза определённой массы на плече рычага. Рычаги также используют для ручной продувки клапана. Такие устройства запрещено использовать на передвижных сосудах.

Для герметизации сёдел больших диаметров требуются значительные массы грузов на длинных рычагах, что может вызвать сильную вибрацию устройства, в этих случаях применяются корпуса, внутри которых сечение сброса среды образовано двумя параллельно расположенными сёдлами, которые перекрываются двумя золотниками при помощи двух рычагов с грузами. Таким образом, в одном корпусе монтируются два параллельно работающих затвора, что позволяет уменьшить массы груза и длины рычагов, обеспечивая нормальную работу клапана.

Читайте также:  Сверлильные станки: классификация, обозначение, видео, фото

Магнито-пружинные клапаны

В этих устройствах используется электромагнитный привод, то есть они не являются арматурой прямого действия.

 Электромагниты в них могут обеспечивать дополнительное прижатие золотника к седлу, в этом случае при достижении давления срабатывания по сигналу от датчиков электромагнит отключается и давлению противодействует лишь пружина, клапан начинает работать как обычный пружинный. Также электромагнит может создавать усилие открытия, то есть противодействовать пружине и принудительно открывать клапан. Существуют клапаны, в которых электромагнитный привод осуществляет и дополнительное прижатие, и усилие открытия, в этом случае пружина служит для подстраховки на случай прекращения электропитания, при обесточении такие устройства начинают работать как пружинные клапаны прямого действия.

Магнито-пружинные клапаны применяются чаще всего в сложных импульсных предохранительных устройствах в качестве управляющих или импульсных клапанов.

Технические требования к предохранительным клапанам

Главным и наиболее ответственным требованием, предъявляемым к предохранительным клапанам, является высокая надёжность, включающая в себя:

  • безотказное и своевременное открытие клапана при заданном превышении рабочего давления в системе;
  • обеспечение клапаном в открытом положении требуемой пропускной способности;
  • осуществление своевременной обратной посадки (закрытия) с требуемой степенью герметичности при заданной величине падения давления в системе после аварийного срабатывания и сохранения установленной степени герметичности при последующем возрастании давления до величины рабочего;
  • обеспечение стабильности работы, то есть сохранение в течение всего срока эксплуатации и заданного числа циклов срабатывания параметров настройки и требуемой степени герметичности запорного органа при рабочем давлении.

Предохранительные клапаны подлежат периодической проверке в специализированной организации или испытанию в действии. Все клапаны должны быть испытаны на прочность, плотность, а также герметичность сальниковых соединений и уплотнительных поверхностей

Правила и стандарты

В связи с широчайшим распространением предохранительных клапанов стандарты и правила, применяемые к ним, находятся во всех документах, которые регулируют использование всего оборудования, защищаемого ими.

Например «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)» в России или «Boiler & Pressure Vessel Code» в США.

Также существуют отраслевые документы, посвящённые исключительно предохранительным клапанам в применении к какому-либо оборудованию, например «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования (ГОСТ 24570-81)»

В связи с особой ответственностью предохранительных клапанов в обеспечении безопасности систем, которые ими обслуживаются, надзор за их использованием и утверждение правил и стандартов производят организации, специально уполномоченные государством, например в России это Ростехнадзор.

Примечания

Источник: https://upi.tiu.ru/a136347-klapan-predohranitelnyj-printsip.html

Клапан предохранительный – все о типах, принципе работы и устройстве

Обязательным элементом каждой гидросистемы, функционирующей под высоким давлением, считается предохранительный клапан.

Устройство специально предназначено для защиты систем от чрезмерного превышения давления, ограничивая его предельную границу.

При приближении к опасной отметке сбросной клапан срабатывает, осуществляя сброс рабочей среды до момента нормализации внутрисистемного давления.

Устройство предохранительных клапанов

Предохранительный клапан – это специальная трубопроводная арматура, функционирующая от рабочей среды. Существуют различные типы предохранительных устройств, но сбросные клапаны пользуются наибольшей популярностью благодаря эффективности работы при относительной несложности конструкции.

Конструкция предохранительного клапана зависит от его типа, но чаще применяются клапаны с пружинным механизмом прямого действия, обязательными компонентами которых являются задатчик с запорным органом.

Задатчик отвечает за силовое воздействие на чувствительный элемент, непосредственно связанный с запорным органом, состоящим из запора и седла.

В роли затвора обычно выступает золотник, а в качестве задатчика используется стальная пружина.

Принцип работы

Когда клапан пребывает в закрытом положении, чувствительный элемент находится под воздействием рабочего давления системы. Когда в системе начинают возникать процессы, провоцирующие повышение уровня давления выше рабочего, сила притяжения золотника к седлу снижается.

В момент, когда сила равняется нулю, наступает уравновешивание рабочих сил от воздействия давления внутри системы и задатчика на чувствительный элемент. Начинается открытие запорного клапана. Если внутрисистемное давление продолжает расти, осуществляется выпуск рабочей среды через открытый клапан.

Когда давление в системе постепенно падает и приходит в норму после сброса рабочей среды, запорный орган под воздействием усилия задатчика закрывается.

Чтобы клапан закрылся, давление должно опуститься до отметки на 10-15% ниже, нежели уровень нормального давления в системе. Это связано с тем, что для возвращения запорного элемента в герметичное положение требуется усилие значительно большее, нежели то, которого было достаточно для поддержания его в закрытом положении до момента открытия.

Разновидности клапанов предохранительного типа

Существуют разные типы предохранительных клапанов, которые классифицируются по наличию определенных признаков.

По принципу действия выделяют два типа сбросных клапанов:

  • Клапаны прямого действия срабатывают непосредственно под воздействием рабочей среды.
  • Клапаны сбросные обратного действия реагируют на силу постороннего источника давления или открываются под воздействием электричества.

По типу подъема замыкающего органа сбросные предохранительные клапаны подразделяют на:

  • Устройства пропорционального действия, которые чаще используются для несжимаемой среды, хотя конструкция предусматривает возможность применения для сжимаемых сред. Клапаны открываются пропорционально росту давления в системе, с подъемом затвора клапан сбрасывает рабочую среду равномерно.
  • Устройства двухпозиционного действия моментально открываются на полный ход, когда достигается предельное давление клапана. Применяются для сжимаемых сред (пар, воздух, газы).

В зависимости от высоты подъема замыкающего органа:

  • Малоподъемные клапаны, высота подъема в которых составляет около 0,05 диаметра седла, характеризуются минимальной пропускной способностью, поэтому не подходят для мощных промышленных систем. Устройства обычно имеют пропорциональный механизм действия и отличаются простотой конструкции.
  • В полноподъемных клапанах, которые, как правило, функционируют на основании двухпозиционного механизма, высота подъема устройства равняется или превышает диаметр седла. Клапаны имеют высокую пропускную способность и характеризуются более сложной конструкцией, нежели малоподъемные устройства, поэтому их стоимость выше

По типу оказываемой нагрузки на золотник клапаны сбросные подразделяют на:

  • Рычажно-грузовые или грузовые клапаны – устройства, в которых давлению противодействует усилие, создаваемое рычажно-грузовым механизмом. В зависимости от массы груза и длины рычага определяется давление срабатывания и диапазон давлений.
  • В пружинных клапанах внутрисистемному давлению противодействует предохранительный пружинный механизм. Сила сжатия стальной пружины определяет давление, при котором срабатывает пружинный механизм. Диапазоны настройки пружинного клапана зависят от упругости пружины. Невысокая цена, простота и надежность конструкции делают пружинные клапаны оптимальным вариантом для различных инженерных систем и маломощных промышленных установок.

Регулировка предохранительных клапанов

Регулировка предохранительного клапана осуществляется после окончания процесса монтажа.

При помощи стальной пружины клапан настраивают таким образом, чтобы усилие золотника прижимало устройство к седлу запорного органа и предотвращало несвоевременный сброс рабочей среды.

Настройка предохранительного клапана пружинного осуществляется при помощи специального винта. Конструкция предохранительного клапана устроена таким образом, что затяжка пружины сверх установленной величины, полностью исключена.

Преимущества применения предохранительных клапанов

Сбросные клапаны активно используются для предохранения от возникновения неполадок в системах, работающих под высоким давлением. Преимущества использования клапанов, обеспечивающих нормализацию давления в системе, очевидны:

  • Невысокая цена устройства при длительном сроке эксплуатации.
  • Простота конструкции и легкость в эксплуатации.
  • Несложность монтажа и выбора рабочих настроек.
  • Разнообразие типов и габаритных размеров позволяет подобрать наиболее подходящий сбросной клапан в зависимости от технических характеристик системы.
  • Возможность использования устройств в агрессивной среде.
  • В зависимости от типа устройства бывают клапаны, которые устанавливаются как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

Предохранительный клапан – относительно недорогой и надежный элемент, который является обязательной частью любой системы, работающей под высоким давлением. Правильный выбор предохранительного устройства, профессиональный монтаж, своевременное обслуживание и устранение неполадок обеспечит бесперебойное функционирование системы на протяжении длительного времени.

  • Телефон: +7 (4725) 46-93-70, 46-94-70
  • E-mail: zavod@saz-avangard.ru, tpa@saz-avangard.ru
  • Адрес: Котел, Промузел, площадка «Монтажная», проезд Ш-6, стр. 19
  • Часы работы: С пн. по пт.: с 8:00 до 17:00, пятница — сокращенный день на 1 час.
  • Телефон: +7 (495) 229-45-77648-91-91 
  • E-mail: sales@saz-avangard.ru
  • Часы работы: С пн. по пт.: с 9:00 до 18:00, пятница — сокращенный день на 1 час.

Казань:

  • Телефон: +7 (843) 533-16-67570-00-47 
  • E-mail: kazan@saz-avangard.ru
  • Часы работы: С пн. по пт.: с 8:00 до 17:00, пятница — сокращенный день на 1 час.

Источник: https://saz-avangard.ru/poleznaya-informatsiya/klapan-predokhranitelnyy-vse-o-tipakh-printsipe-raboty-i-ustroystve/

Клапан предохранительный. Принцип действия, назначение, классификация и конструкции

11.11.2014

Предохранительный клапан

Предохранительный клапан в дежурстве.

Предохранительный клапан — трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного.

Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления.

Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры и регуляторами давления прямого действия.

Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа оборудования, передача тепла от сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т. д.

), так и в результате внутренних физических процессов, обусловленных неким исходным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией.

Читайте также:  Должностные инструкции токарей 3, 4, 5, 6 разрядов скачать бесплатно

 ПК устанавливаются везде, где может это произойти, то есть практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатации промышленных и бытовых сосудов, работающих под давлением.

Существуют и другие виды предохранительной арматуры, но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей конструкции, лёгкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений

Содержание

  • 1 Принцип действия
  • 2 Классификация предохранительных клапанов
  • 3 Различия в конструкциях
    • 3.1 Пружинные клапаны
    • 3.2 Рычажно-грузовые клапаны
    • 3.3 Магнито-пружинные клапаны
  • 4 Технические требования к предохранительным клапанам
  • 5 Правила и стандарты
  • 6 Примечания

Принцип действия

На поясняющем рисунке  — чертёж типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана.

Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина.

С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию.

С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана.

Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием.

Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду.

Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия

Классификация предохранительных клапанов

По принципу действия

  • клапаны прямого действия — обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;
  • клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства;

По характеру подъёма замыкающего органа

  • клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах)
  • клапаны двухпозиционного действия

По высоте подъёма замыкающего органа

  • малоподъёмные
  • среднеподъёмные
  • полноподъёмные

По виду нагрузки на золотник

  • грузовые или рычажно-грузовые
  • пружинные
  • рычажно-пружинные
  • магнито-пружинные

Различия в конструкциях

  • Двухсёдельная конструкция.
  • Предохранительные клапаны как правило имеют угловой корпус, но могут иметь и проходной, независимо от этого клапаны устанавливаются вертикально так, чтобы при закрывании шток опускался вниз.
  • Большинство предохранительных клапанов изготавливаются с одним седлом в корпусе, но встречаются конструкции и с двумя сёдлами, установленными параллельно

Малоподъемными называются предохранительные клапаны, у которых высота подъема запирающего элемента (золотника, тарелки) не превышает 1/20 диаметра седла, полноподъемными — клапаны, у которых высота подъема составляет 1/4 диаметра седла и более.

Существуют также клапаны с высотой подъема тарелки от 1/20 до 1/4, их обычно называют среднеподъемными.

В малоподъемных и среднеподъемных клапанах подъем золотника над седлом зависит от давления среды, поэтому условно их называют клапанами пропорционального действия, хотя подъем не пропорционален давлению рабочей среды.

Такие клапаны используются, как правило, для жидкостей, когда не требуется большая пропускная способность. В полноподъемных клапанах открытие происходит сразу на полный ход тарелки, поэтому их называют клапанами двухпозиционного действия. Такие клапаны высокопроизводительны и применяются как на жидких, так и на газообразных средах.

Наибольшие различия в конструкциях предохранительных клапанов заключаются в видах нагрузки на золотник.

Пружинные клапаны

Хорошо видны рычаг и пружина.

В них давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины. Один и тот же пружинный клапан может быть использован для различных пределов настройки давления срабатывания путём комплектации различными пружинами. Многие клапаны изготавливаются со специальным механизмом (рычагом, грибком и др.) ручного подрыва для контрольной продувки клапана.

Это делается с целью проверки работоспособности клапана, так как во время эксплуатации могут возникнуть различные проблемы, например прикипание, примерзание, прилипание золотника к седлу.

Однако в некоторых производствах в условиях агрессивных и токсичных сред, высоких температур и давлений, контрольная продувка может быть очень опасной, поэтому для таких клапанов возможность ручной продувки не предусматривается и даже запрещается.

Чаще всего пружины подвергаются воздействию рабочей среды, которая сбрасывается из трубопровода или ёмкости при срабатывании, для защиты от слабоагрессивных сред применяют специальные покрытия пружин. Уплотнение по штоку в таких клапанах отсутствует.

В случаях же работы с агрессивными средами в химических и некоторых других установках пружину изолируют от рабочей среды при помощи уплотнения по штоку сальниковым устройством, сильфоном или эластичной мембраной.

Сильфонное уплотнение применяется также в тех случаях, когда утечка среды в атмосферу не допускается, например на АЭС.

Рычажно-грузовые клапаны

Конструкция рычажного-грузового клапана.

В таких клапанах усилию на золотник от давления рабочей среды противодействует сила от груза, передаваемая через рычаг на шток клапана. Настройка таких клапанов на давление открытия производится фиксацией груза определённой массы на плече рычага. Рычаги также используют для ручной продувки клапана. Такие устройства запрещено использовать на передвижных сосудах.

Для герметизации сёдел больших диаметров требуются значительные массы грузов на длинных рычагах, что может вызвать сильную вибрацию устройства, в этих случаях применяются корпуса, внутри которых сечение сброса среды образовано двумя параллельно расположенными сёдлами, которые перекрываются двумя золотниками при помощи двух рычагов с грузами. Таким образом, в одном корпусе монтируются два параллельно работающих затвора, что позволяет уменьшить массы груза и длины рычагов, обеспечивая нормальную работу клапана.

Магнито-пружинные клапаны

В этих устройствах используется электромагнитный привод, то есть они не являются арматурой прямого действия. Электромагниты в них могут обеспечивать дополнительное прижатие золотника к седлу, в этом случае при достижении давления срабатывания по сигналу от датчиков электромагнит отключается и давлению противодействует лишь пружина, клапан начинает работать как обычный пружинный.

Также электромагнит может создавать усилие открытия, то есть противодействовать пружине и принудительно открывать клапан.

Существуют клапаны, в которых электромагнитный привод осуществляет и дополнительное прижатие, и усилие открытия, в этом случае пружина служит для подстраховки на случай прекращения электропитания, при обесточении такие устройства начинают работать как пружинные клапаны прямого действия.

  1. Магнито-пружинные клапаны применяются чаще всего в сложных импульсных предохранительных устройствах в качестве управляющих или импульсных клапанов.
  2. Технические требования к предохранительным клапанам
  3. Главным и наиболее ответственным требованием, предъявляемым к предохранительным клапанам, является высокая надёжность, включающая в себя:
  • безотказное и своевременное открытие клапана при заданном превышении рабочего давления в системе;
  • обеспечение клапаном в открытом положении требуемой пропускной способности;
  • осуществление своевременной обратной посадки (закрытия) с требуемой степенью герметичности при заданной величине падения давления в системе после аварийного срабатывания и сохранения установленной степени герметичности при последующем возрастании давления до величины рабочего;
  • обеспечение стабильности работы, то есть сохранение в течение всего срока эксплуатации и заданного числа циклов срабатывания параметров настройки и требуемой степени герметичности запорного органа при рабочем давлении.

Предохранительные клапаны подлежат периодической проверке в специализированной организации или испытанию в действии. Все клапаны должны быть испытаны на прочность, плотность, а также герметичность сальниковых соединений и уплотнительных поверхностей

Правила и стандарты

В связи с широчайшим распространением предохранительных клапанов стандарты и правила, применяемые к ним, находятся во всех документах, которые регулируют использование всего оборудования, защищаемого ими.

Например «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)» в России или «Boiler & Pressure Vessel Code» в США.

Также существуют отраслевые документы, посвящённые исключительно предохранительным клапанам в применении к какому-либо оборудованию, например «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования (ГОСТ 24570-81)»

В связи с особой ответственностью предохранительных клапанов в обеспечении безопасности систем, которые ими обслуживаются, надзор за их использованием и утверждение правил и стандартов производят организации, специально уполномоченные государством, например в России это Ростехнадзор.

Примечания

  1. ↑ Д. Ф. Гуревич. Трубопроводная арматура.Справочное пособие. — Москва: ЛКИ, 2008. — С. 368. — ISBN 978 5 382 00409 9
  2. ↑ Перейти к:1 2 3 Под общей редакцией С. И. Косых. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением.Справочник. — Ленинград: Машиностроение, 1982.
  3. ↑ Перейти к:1 2 Арматура трубопроводная.Термины и определения. ГОСТ Р 52720-2007. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Проверено 10 июня 2010. Архивировано из первоисточника 2 марта 2012.
  4. ↑ Перейти к:1 2 А. И. Гошко. Арматура промышленная общего и специального назначения. Справочник. — Москва: Мелго, 2007.
  5. ↑ Перейти к:1 2 3 4 Р. Ф. Усватов—Усыскин. Поговорим об арматуре. — Москва: Vitex, 2005.
  6. ↑ Перейти к:1 2 Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-008-89)
  7. ↑ Перейти к:1 2 Технологические системы реакторного отделения. БАЭС: ЦПП, 2000.
  8. ↑ Перейти к:1 2 3 Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)

Источник: https://upe.pulscen.ru/articles/119095

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector