На чем основан принцип работы предохранительного клапана
Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны обычно устанавливаются в напорную линию параллельно. В случае достижения давления настройки предохранительный клапан открывается и пропуская поток (или часть потока) из напорной линии в сливную.
Принцип работы предохранительного клапана
На рисунке показан предохранительный клапан седельного типа.
Основными элементами предохранительного клапана являются:
В исходом состоянии усилие Fпр пружины 2 прижимает запорно-регулирующий элемент (конус) 3 к седлу 4. Напорная линия отделена от сливной.
В случае если сила Fг давления потока на запорно-регулирующий элемент превысит силу Fпр, конус сместится вверх, пропуская поток из напорной линии в сливную.
При отсутствии давления в линии слива величина усилия Fг определяется по формуле:
Регулировка давления настройки предохранительного клапана осуществляется путем изменения предварительного поджатия пружины.
Предохранительные клапаны прямого действия
Пружину в таких клапанах называют силовой, т.к. именно она оказывает силовое воздействие, удерживающее запорно-регулирующий элемент до момента открытия.
Предохранительный клапан седельного типа, рассмотренный ранее, является примером клапана прямого действия. К этому же типу относят клапаны золотникового типа.
В исходном состоянии золотник 3, установленный в корпусе 1, перекрывает каналы в напорной и сливной линиях. При увеличении силы давления до величины превышающей усилие пружины 2, золотник будет перемещаться вверх, открывая канал для прохода потока из напорной линии в сливную.
Характеристика клапана прямого действия
Характеристика предохранительного клапана прямого действия имеет достаточно большой подъем.
Клапаны прямого действия склонны к автоколебаниям. При больших расходах и высоких давлениях размеры пружины должны быть очень большими.
Устройство демпфирования
На работу предохранительного клапана влияют не только статические, но и динамические нагрузки.
Для снижения негативного влияния автоколебаний подпружиненного запорно-регулирующего элемента в предохранительных клапанах прямого действия используют устройства демпфирования.
Для демпфирования в поршне может быть выполнен узкий канал или снята лыска, как в примере показанном на рисунке.
Во время движения поршня жидкость движется в малом зазоре. При этом возникает демпфирующее усилие направленное в сторону противоположную движению поршня.
В конструкции большинства современных гидравлических предохранительных клапанов прямого действия присутствует демпфирующий поршень.
Предохранительные клапаны непрямого действия
При увеличении расхода через предохранительный клапан необходимо увеличивать и диаметры подводных каналов и запорно-регулирующего элемента. Вследствие увеличения площади уплотняемой поверхности потребуется и увеличение усилия поджатия пружины, а значит и увеличение самой пружины.
Для обеспечения относительно небольших габаритов клапана при больших значениях расхода используют предохранительные клапаны непрямого действия, состоящие из основного и управляющего клапана.
Клапан управления представляет собой классический предохранительный клапан прямого действия. Этот клапан способен пропустить лишь небольшой расход. Однако при его открытии за счет возникшего перепада давления на постоянном дросселе 6 запорно-регулирующий элемент 5 переместится вверх соединив напорную линию со сливом.
Пружина 4 в этом клапане мягкая, она предназначена для возвращения запорно-регулирующего элемента в исходное состояние.
Настройка клапана осуществляется регулировочным винтом 1, который позволяет изменить предварительное поджатие силовой пружины 2.
Характеристика клапана непрямого действия
Характеристика предохранительного клапана непрямого действия более пологая, клапан этой конструкции имеет меньшие габариты, чем аналогичный клапан прямого действия.
Клапан предохранительный — все о типах, принципе работы и устройстве
Предохранительный клапан — специальное устройство, предназначенное для защиты трубопроводной системы, ее элементов и подсоединенного к ней оборудования от механического разрушения из-за воздействия чрезмерного давления. Он может иметь различную конструкцию и характеристики, работать с разной средой — газообразной, жидкой.
Назначение и устройство предохранительных клапанов
Предохранительные клапаны — устройства прямого действия, работа которых зависит от движения рабочей среды. Конструкция изделия определяется его типом, но все они используются для защиты трубопровода от избыточного давления путем сброса излишков среды в атмосферу или дренажную систему. После того как показатели давления стабилизируются в заданном диапазоне, сброс прекращается.
Чертеж предохранительного клапана
Давление в трубопроводной системе может повышаться из-за внешних или внутренних причин:
Проблемы при монтаже системы.
Предохранительные клапаны предназначены для стабилизации давления в системе и необходимы на всех участках трубопроводов, где возможно возникновение аварии. Их используют при подключении бытового и промышленного оборудования, работающего с высоким давлением. Основная сфера применения — системы отопления, водо- и газоснабжения, подача сжатого воздуха.
Принцип работы предохранительного клапана
Принцип работы предохранительного клапана основан на работе пружины, прижимающей золотник к седлу. При повышении давления в системе свыше установленного сила притяжения уменьшается, золотник отодвигается, и начинается сброс среды через открывшийся клапан. Это нормализует напор в системе, и, когда давление опустится до допустимого предела, запорный элемент снова будет прижат к седлу.
Для закрытия клапана необходимо снижение давления до отметки в ниже уровня нормального давления, поскольку для герметизации системы требуется большее усилие, чем для поддержки его в рабочем положении до открытия.
Классификация предохранительных клапанов
Предохранительные клапаны различаются по принципу действия на:
По виду подъема запорного элемента изделия делятся на:
По виду нагрузки на золотник предохранительные клапаны могут быть:
Существуют также специальные аварийные предохранительные устройства, предназначенные для специализированного промышленного оборудования.
Различия в конструкциях
Конструкция предохранительных клапанов может быть различной. Различают изделия с одним седлом или двумя, расположенными рядом друг с другом.
По высоте подъема предохранительные клапаны подразделяются на:
Пружинные клапаны
Клапаны пружинного типа применяются в бытовых трубопроводных системах водо-, газоснабжения и отопления. Для прижатия золотника к седлу применяется пружина, регулируемая винтом. Он позволяет настроить предельные значения давления, после достижения которых происходит открытие клапана.
Некоторые модели пружинных клапанов имеют систему принудительного ручного открытия для проверки работоспособности изделия. Но, изделия, предназначенные для работы в опасных условиях среды, не могут оснащаться ручной продувкой.
Эти клапаны применяются в различных условиях среды. Пружины и седла, контактирующие с агрессивными жидкостями и газами, покрываются специальными антикоррозионными составами. Герметичность штока обеспечивается двойным сальниковым уплотнением из фторопласта или резины.
Рычажно-грузовые клапаны
Устройства с подобной конструкцией используют для противодействия силе напору земное притяжение. Вес груза через рычаг переходит к золотнику, уравновешивая его, пока значение давления не опустится до допустимого.
Предохранительный клапан рычажно-грузового типа
Они устанавливаются в определенном положении относительно горизонта (указывается в сопроводительной документации завода-производителя). Не могут применяться на передвижных объектах. Габариты изделия зависят от давления в системе — чем оно выше, тем больше рычаги. Чтобы избежать возникновение вибраций, используются двухседельные предохранительные клапаны небольших габаритов. Для регулировки таких устройств применяются специальные груза на рычаге.
Магнито-пружинные клапаны
Устройства магнитно-пружинного типа обладают обратным действием и приводятся в действие соленоидом. При нормальном давлении в системе электромагнит/мощная пружина прижимает запорный орган к седлу, а при избыточных показателях напора напряжение на катушке автоматически отключается. Это приводит к отжатию золотника и открытию затвора.
Существует исполнение клапана с соленоидом, прижимающим и отжимающим золотник под действием давления с противоположным направлением. При отключении питания оборудование будет работать, как пружинный тип.
Основное преимущество таких устройств — отсутствие необходимости в физическом доступе к системе для задания порогового значения давления. Оно регулируется в параметрах управляющей программы.
Магнитно-пружинные клапаны отличаются надежностью, удобством эксплуатации и возможностью применения в сложных промышленных установках.
Схема и принцип действия предохранительного клапана
Преимущества использования
Предохранительные клапаны применяются для нормализации давления в системе и широко распространены в разных областях промышленности. К их достоинствам можно отнести:
При выборе предохранительного клапана необходимо вычислить предельно допустимые показатели давления. Для этого нужно знать производительность насосного оборудования, объем и рабочую температуру транспортируемой среды, скорость срабатывания. Также выбирается место и метод монтажа на трубопроводе.
Технические требования к предохранительным клапанам
Изделия этого типа изготавливаются в соответствии со следующими нормативными документами:
Проектированием и выпуском предохранительных клапанов могут заниматься только компании, имеющие соответствующую аккредитацию. К изготовлению аварийной арматуры предъявляются особые требования, поскольку их неправильная работа может привести к угрозе производственной и общественной безопасности. Все клапаны должны отвечать нормам ГОСТ и ПБ.
Основные технические требования к клапанам — надежность и безотказность.
Предохранительный клапан
Любая система, работающая под давлением, нуждается в защите от перегрузок по давлению, возникающих в нештатных или аварийных ситуациях. Для этого применяются предохранительные клапаны. Они различаются по конструкции и характеристикам, для каждой установки — газовой или жидкостной — можно подобрать подходящую предохранительную арматуру.
Назначение
Основное назначение предохранительного клапана – защита системы от повышенного давления, которое может привести к ее повреждению или даже разрушению. Клапан сбрасывает излишки рабочей среды при превышении предельного значения ее напора. Сброс происходит в дренажную систему или в атмосферу. После того, как давление в системе упадет до нормального, предохранительный клапан закрывается и сброс прекращается.
Принцип действия клапанов
Принцип работы любого предохранительного клапана чрезвычайно прост. Запирающий элемент прижимается к седлу пружиной. По мере роста давления оно начинает превозмогать силу сжатия пружины, сжимая ее и отодвигая запорный элемент от седла. В открытый просвет устремляются излишки жидкости или газа. По мере выхода напор снижается, пружина отжимает запорный элемент обратно к седлу.
Устройство закрывается и готово к следующему рабочему циклу. Сила сжатия пружины, а, следовательно, порог срабатывания регулируется винтом.
Классификация предохранительных клапанов
Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам.
По принципу действия:
По способу открытия затвора:
По способу нагружения золотника:
Существуют и другие типы аварийных предохранительных клапанов, применяемых в специальных промышленных установках.
Различия в конструкциях
Устройство различных предохранительных клапанов может различаться. Так, большая часть арматуры выпускается с одним седлом. Можно встретить и конструкции, в которых два седла (и два штока с пружинами) установлены рядом.
По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:
Чем выше степень подъема, тем быстрее срабатывает устройство. Малоподъемные модели применяются для жидкостей, там, где не требуется сбрасывать большие объемы для снижения давления до нормального. В них высота подъема пропорциональна напору среды. Полноподъемные называют также двухпозиционными. Они имеют два положения: «Открыто» и «Закрыто» и предназначены для:
Такая конструкция позволяет быстро сбросить значительный объем газа или жидкости и применяется в особо ответственных установках и технологических комплексах.
Самые серьезные конструктивные различия наблюдаются в способах приложения нагружающей силы к запорному органу.
Пружинные клапаны
Наиболее распространены в бытовых системах- водонагревательных, водопроводных, отопительных. Золотник прижимается к седлу силой сжатой пружины. Изменяя степень предварительного сжатия пружины регулировочным винтом, можно настраивать ее на разные предельные значения. Многие модели снабжаются рычагом принудительного ручного открытия затвора для того, чтобы время от времени проверять работоспособность. Для устройств, работающих в опасных и вредных для здоровья средах, ручная контрольная продувка не предусматривается. Пружины, седла и камера устройств, работающих в агрессивных жидкостях и газах, покрывается специальными антикоррозийными покрытиями.
Шток, проходящий через корпус, уплотняется двойным сальником из особо стойких материалов (специальные сорта резины, фторопласт), исключающим в нормальных условиях проникновение агрессивных веществ в помещение.
Рычажно-грузовые клапаны
Такие конструкции для противодействия силе напора используют силу земного притяжения. Они могут монтироваться только в строго определенном производителем положении относительно горизонта и не допущены к применению на транспортных средствах и других подвижных объектах. Вес груза передается через рычаг штоку золотника, уравновешивая его до тех пор, пока давление в трубопроводе ниже порогового.
При больших значениях напора заметно увеличиваются габариты рычагов и грузов. Кроме того, они могут входить в резонанс и создавать высокие уровни вибрации.
Чтобы избавиться от этих эффектов, и применяют двухседельные клапаны, каждый из которых невелик по габаритам и весу. Регулировка таких устройств проводится добавлением или удалением части груза, размещенного на рычаге. Они отличаются стабильностью параметров работы и отсутствием эффекта старения пружин, снижающих их упругость.
Магнито-пружинные клапаны
Современные конструкции относятся к изделиям непрямого действия. Запорный элемент приводится в действие соленоидом. В нормальном положении электромагнит прижимает его к седлу, а по достижении предельного напора автоматика управления отключает напряжение на катушке индуктивности. Давление среды отжимает золотник и затвор открывается.
В другой конструкции прижатие осуществляется мощной пружиной, а по достижении порогового значения напора управляющая команда включает соленоид, и он поднимает клапан.
Существует исполнение, в котором соленоид и прижимает золотник, и отжимает его под действием противоположно приложенного напряжения. В случае отключения питания устройство продолжает работать как обычное пружинное.
Главное преимущество магнитных устройств — для задания порогового значения нет необходимости в физическом доступе к арматуре. Порог можно изменить в настройках программы управления в зависимости от текущей ситуации или особенности данной стадии технологического процесса.
Такие конструкции стоят существенно дороже своих механических аналогов, но многократно окупают себя в сложных промышленных установках с большим чистом параметров и влияющих друг на друга элементов.
Технические требования к предохранительным клапанам
Основное требование, предъявляемое к аварийной арматуре- это надежность и четкость срабатывания. Достигается это за счет:
Вся предохранительная арматура обязательно должна периодически испытываться на работоспособность, целостность и качество уплотнений. Для этого ее демонтируют и направляют в сертифицированную поверочную лабораторию или испытательный центр. Для предохранителей, работающих в сложных установках непрерывного цикла, допускается проверка на месте. Ее проводят методом испытания в действии.
Правила и стандарты
Применение предохранительной арматуры регулируется национальными и отраслевыми стандартами, правилами эксплуатации и техническими указаниями.
Для сосудов, работающих под давление, применяют следующие регламентирующие документы:
Системы, защищаемые аварийной арматурой, в случае их нештатной работы или аварии, представляют собой значительную угрозу производственной и общественной безопасности. Поэтому их проектирование, комплектация, монтаж, эксплуатация курируются уполномоченными органами, следящими за соблюдением требований правил и стандартов на всех этапах жизненного цикла оборудования. В РФ это поручено Ростехнадзору.
Выбор аварийной арматуры
При проектировании системы водоснабжения, отопления или технологической установки необходимо четко определить предельные значения давления, допустимые для ее компонентов или участков сети. При этом учитываются такие параметры, как:
Исходя их этого, определяют тип, сечение, пропускную способность, пороговое значение срабатывания, скорость срабатывания и время возвращения в исходное состояние, а также количество и места монтажа предохранительной арматуры.
В бытовых отопительных системах чаще всего применяются пружинные клапаны. Для жидкостных сред вполне достаточно использовать устройства низкого или среднего подъема. Пропускная способность должна обеспечивать быстрый сброс напора до допустимых величин.
Конструкция корпуса определяется местом сброса излишнего количества рабочей среды. Если она будет сбрасывать непосредственно в окружающую среду- достаточно клапана открытого типа. Если сброс должен происходить в дренаж- потребуется корпус с выходным патрубком соответствующего типа присоединения. Чаще всего используют резьбовой или ниппельное.
Ни в коем случае нельзя приобретать клапан с завышенным относительно расчетного порогом срабатывания. Такое устройство не откроется в нужный момент. Это может привести к повреждению оборудования или даже к полной аварии системы.
Назначение и устройство предохранительных клапанов
Предохранительные клапаны — специальные устройства, предназначенные для защиты трубопроводной системы от воздействия повышенного давления, способного привести к ее повреждению. Клапан позволяет сбросить излишки рабочей среды в дренажную систему или атмосферу, чтобы вернуть уровень давления в нормальное состояние. После этого клапан закрывается.
Устройство и преимущества предохранительных клапанов
Предохранительные клапаны выпускаются с различной конструкцией. Она зависит от типа и назначения устройства. Наиболее часто применяются клапаны с пружинным механизмом прямого действия, у которых имеется задатчик с запорным органом, отвечающий за силовое воздействие на чувствительный элемент. Запорный орган состоит из затвора (золотника) и седла.
Этот тип трубопроводной арматуры активно применяется в трубопроводных системах с высоким давлением среды, благодаря своим преимуществам:
Предохранительные клапаны регулируются после того, как будет осуществлен окончательный монтаж. Необходимо убедиться, что золотник прочно прижимает устройство к седлу — настройка осуществляется с помощью пружины и специального винта.
Принцип действия предохранительных клапанов
Принцип действия предохранительных клапанов довольно простой. При закрытом положении клапана на чувствительный элемент влияет рабочее давление всей системы. При возникновении любых процессов, из-за которых давление среды начинает повышаться, золотник перестает прижиматься к седлу. Как только сила обнуляется, запорный элемент отделяется от седла, и клапан открывается. Через открывшееся отверстие рабочая среда начинает удаляться, пока давление не снизится, и пружина не прижмет запорный элемент обратно к седлу.
Для закрытия клапана необходимо снижение давления до отметки ниже в до нормального уровня из-за того, что для обратной герметизации запорного элемента требуется большее усилие, чем для поддержания его в закрытом положении до сброса рабочей среды.
К предохранительным клапанам предъявляются высокие требования, главные из которых — скорость и четкость срабатывания, надежность использования. Это возможно за счет:
Все клапаны должны проходить периодические испытания на работоспособность и целостность уплотнительных элементов. Предохранительную арматуру демонтируют для ее последующей отправки в поверочную лабораторию, имеющую необходимую сертификацию для поверки изделий.
Разновидности клапанов предохранительного типа
По типу действия клапаны бывают: прямые и обратные. Первые предполагают срабатывание непосредственно под воздействие среды, на вторых применяется датчик давления и вентиль с дистанционным управлением.
По методу закрытия затвора выделяют клапаны:
По высоте подъема замыкателя различают:
Чем выше степень подъема, тем оперативнее будет срабатывать клапан. Полноподъемные изделия применяются для транспортировки жидких и газообразных сред в системах высокого давления. Их конструкция позволяет легко сбросить большой объем рабочей среды.
Различия в конструкциях предохранительных клапанов
Предохранительные клапаны различаются по своей конструкции. Многие устройства выпускаются с одним седлом, но встречаются модели и с двумя седлами, расположенными рядом.
Пружинные клапаны
Этот тип предохранительной арматуры больше всего распространен в бытовых системах водонагрева, водопровода и отопления. В них золотник прижимается к седлу стальной пружиной, а регулировка степени предварительного сжатия осуществляется за счет перемещения регулировочного винта.
Многие модели оснащаются рычагом принудительного открытия для возможности проверки работоспособности устройства. Примечание: контрольная ручная продувка не используется на клапанах, эксплуатирующихся в опасных условиях. При работе в агрессивных средах элементы клапанов покрываются специальными антикоррозионными составами, а шток уплотняется двойным фторопластовым или резиновым сальником.
Рычажно-грузовые клапаны
Этот конструкционный тип использует силу земного притяжения для противодействия силе напоры. Рычажно-грузовые предохранительные клапаны устанавливаются в четко определенном положении и не могут монтироваться на перемещающихся объектах. Вес груза переходит к золотнику через шток, уравновешивая его, пока давление не опустится до необходимого уровня.
В случае высоких значений напора габариты рычагов и грузов значительно увеличиваются. Они могут входить в резонанс и вибрировать. Чтобы исключить данные эффекты, используются двухседельные клапаны с регулировкой посредством добавления/устранения размещенного на рычаге груза. Эти изделия отличаются стабильными характеристиками, отсутствием старения стальных пружин.
Магнитно-пружинные клапаны
Этот тип предохранительных клапанов относится к устройствам непрямого действия, в которых соленоид приводит в действие запор. При нормальном положении он прижимается к седлу электромагнитом, а при повышении давления напряжение на катушке автоматически отключается, золотник отжимается, открывая затвор.
Иногда встречается конструктивное исполнение, при котором соленоид не только прижимает золотник, но и отжимает его из-за воздействия противоположно приложенного напряжения. Основное преимущество — возможность изменения пороговых значений без физического доступа к арматуре.
Стандарты предохранительных клапанов
Предохранительные клапаны изготавливаются по ГОСТ и допускаются к использованию в соответствии со следующими отраслевыми стандартами, ТУ и ПБ:
Проектирование, изготовление и эксплуатация предохранительной аварийной арматуры курируется специальными уполномоченными органами, ответственными за соблюдение требований отраслевых стандартов на любом этапе создания и применения оборудования. В России данную функцию осуществляет Ростехнадзор.