По сути, клапан — это запорно-регулирующая арматура. Это механическое устройство, используемое для пропуска, перекрытия или регулирования потока жидкостей, паров или газов через трубопровод. Исходя из вышесказанного, данный продукт можно описать как периодическое препятствие внутри трубы. Размеры клапанов могут быть в диапазоне нескольких сантиметров или нескольких миллиметров. Точный параметр зависит от параметров трубы, на которой он установлен. Конструкция может быть присоединена к трубопроводу с помощью резьбовых, фланцевых или сварных соединений.
Трубопроводная арматура нашла широкое применение во всех видах технологических систем. Поворотом вентиля, прикрепленного к трубе, выходящей из кухонной плиты, можно регулировать потребление газа, а вентиль, установленный на автомобильной шине, облегчает перекачку, предотвращая выход воздушных потоков. Клапан, установленный внутри парового нагревателя, позволяет выпустить воздух из него и заменить его паром.
Основные детали
Конструкция регулирующего клапана
Регулирующие клапаны состоят из корпуса, колпака, седла, заслонки и шпинделя с маховиком. Иногда маховик может быть заменен автоматическим устройством. Все компоненты соединены корпусом. Рабочая среда подается через корпус внутрь устройства. Шпиндель, расположенный в головке (имеется также уплотнительный сальник), заставляет винт двигаться, вызывая открытие или закрытие отверстия в гнезде. Рабочая жидкость, протекая через него, выходит с другой стороны. Поток может быть прямым или вихревым.
Материалы для производства
Чугунный клапан
Для изготовления такого клапана используются материалы, отвечающие необходимым требованиям, указанным для типа трубопровода и рабочей среды.
Клапан может быть изготовлен из следующих материалов:
- Ковка или литье чугуна (серого);
- Нержавеющая сталь или углеродистая сталь;
- Бронза;
- Инконель, Монель и другие металлы с никелем в качестве основы.
Материалы, которые подходят для такого производства, различаются по цене и степени устойчивости к перепадам температур и образованию ржавчины.
Например, серый чугун в основном используется для изготовления низкосортной арматуры. Бронза, благодаря своей высокой коррозионной стойкости, используется для коррозийных материалов. Углеродистая сталь, как самый прочный из упомянутых металлов, используется там, где поддерживается высокое давление. Термостойкий хромомолибденовый материал используется в отраслях, где температура может подниматься до 600°C.
Клапаны, состоящие из вышеупомянутых металлов, используются для оснащения муниципальных гидравлических систем. Компоненты, входящие в конструкцию, могут быть изготовлены из тех же сплавов, что и корпус, или могут состоять из пластика (чаще всего используется в гравитационных моделях) и резиносодержащих материалов.
Для уплотнения и улучшения герметичности седла, штока клапана и пробки в большинстве случаев используются графит, хлопок, резина или тефлон (все зависит от типа и температуры содержимого трубы и условий, в которых используется прибор).
Разновидности клапанов
Запорный клапан
*
Для трубопроводов часто используется конструкция с линейно перемещающимся затвором или задвижкой (шибером). Этот тип промышленной арматуры называется шиберной задвижкой. Он может быть полностью закрыт или открыт. Открытый позволяет почти беспрепятственно пропускать вещество через трубопровод.
Механизм клапана, по сравнению с задвижкой, значительно затрудняет движение продукта по трубам. Разница давлений, возникающая на клапане, используется для регулирования потока вещества или давления внутри трубопровода.
Механизм клапана оснащен вращающимся шпинделем. При вращении маховика шпиндель перемещается относительно резьбы головки. Это заставляет пробку подниматься или опускаться.
Игольчатый клапан
Игольчатый клапан — это небольшое устройство. Рабочая область игольчатого клапана имеет коническую форму, что позволяет регулировать поток без рывков.
Устройство мембранного типа
Мембранный клапан выглядит как клапан с гибкой мембраной на штоке (между корпусом и головкой). Под действием штока мембрана перемещается и либо регулирует текущее положение механизма, либо полностью закрывает его. Движущиеся части такого механизма не взаимодействуют с потоком жидкости, поэтому мембрана не требует замены клапана или уплотнительных материалов. Назначение мембранных клапанов — работа с жидкостями, содержащими твердые частицы или агрессивные среды.
Применение обратного клапана
*
Цель обратного клапана — предотвратить обратный поток жидкости в трубопровод. Известны два основных типа обратных клапанов. Они могут быть навесными и подъемными. Первые оснащены откидной крышкой, установленной над сиденьем. Под воздействием потока, поступающего со стороны отверстия, заслонка открывается, и жидкость свободно проходит через клапан. При изменении направления потока заслонка опускается и закрывает отверстие, прижатое к седлу давлением жидкости. Поднимающаяся заслонка работает по аналогичному принципу, перемещаясь в вертикально выровненном направляющем цилиндре. При изменении направления потока заслонка опускается и плотно прижимается к сиденью.
Дисковый механизм
Тарельчатые клапаны — это односедельные клапаны, которые открываются кулачками и рычагами, а закрываются пружинами. Автомобилисты используют эти устройства для подачи топлива и воздуха в цилиндры и двигатель автомобиля, а также для отвода отработанных газов. Описанный дисковый механизм установлен в некоторых типах паровых машин и в паровых турбинах в качестве регулирующего устройства подачи пара.
Сильфонное устройство
Сильфонный клапан имеет гофрированную конструкцию из металлических материалов. Этот продукт сохраняет свою прочность и герметичность при многократном сжатии, растяжении и изгибе. Он используется в трубопроводной арматуре в качестве уплотнительного элемента, поддерживающего усилие.
Применение импульсных устройств
Импульсные клапаны используются для защиты трубопроводов от механических повреждений, вызванных избыточным давлением. Они уменьшают силу повышенного давления, автоматически выпуская текучую среду из систем.
Механизм снижения давления
*
Функция редукционного устройства заключается в снижении давления внутри трубопровода. Размер отверстия для потока изменяется автоматически. Внутри он оснащен подвижным стержнем и специальным устройством, с помощью которого можно изменять его положение относительно сиденья.
Регулирующее устройство чаще всего изготавливается в виде профилированного элемента. В простых моделях регулировочное давление действует на мембрану, прикрепленную к штоку. С помощью пружины или груза давление уравновешивается, и его сила изменяется, когда натяжение пружины меняется при перемещении груза на рычаге. Мембрана обычно подвергается воздействию давления потока выше или ниже клапана. Приводы, в большинстве случаев, не нужны.
Четырехходовой клапан
Четырехходовые устройства используются там, где требуется управление теплоносителем. Существует только один способ достижения требуемой температуры в системе: смешивание горячей и холодной сред вместе, достигая желаемой температуры на выходе. Четырехходовой клапан обеспечивает успешное выполнение этого процесса.
Клапаны, оснащенные поворотным затвором
Дроссельный механизм
Изделия дроссельного типа необходимы для регулирования или перекрытия потока газа, жидкости или двухфазного потока. Тонкий дроссель имеет внешний вид двух глубоких тарелок, уложенных друг на друга. Сквозное отверстие дросселирующего устройства может иметь уплотнительный слой из мягкого материала. Шпиндель перемещается относительно дроссельной заслонки. В закрытом состоянии дроссель предотвращает поток, занимая перпендикулярное положение и уплотняясь о мягкий амортизирующий материал внутри корпуса. Когда дроссель открыт, это означает, что он расположен параллельно потоку.
Дизайн мяча
Управляющая часть шарового крана напоминает шар со сквозным отверстием. Под действием шпинделя он может вращаться с амплитудой 90° C. Когда механизм открыт, это означает, что внешние концы сквозных отверстий на шарике совмещены с отверстиями на седлах. Когда он закрыт — отверстия в шарике не совпадают с отверстиями в гнездах, а гнезда перекрываются, так как плотно прилегают к поверхности.
Механизм регулировки в некоторой степени похож на регулятор давления. Он имеет специальный привод (обычно электрический или пневматический), соединенный с автоматическим регулятором. Что касается характеристик блока управления регулирующего клапана, то в основном он представляет собой устройство для измерения расхода, температуры или давления, а затем сравнения уровня этих значений с требуемыми. От блока управления поступает команда, на основании которой управляющий элемент принимает нужное положение. Движение элемента внутри клапана непрямого действия может быть поступательным или вращательным. Механизм управления может быть клапанного или дроссельного типа.
Регулирующие клапаны могут использоваться для контроля расхода и уровня давления, поэтому механизм никогда не бывает полностью открыт или закрыт. Он используется для дросселирования потока (процесс, характеризующийся снижением давления). Материал регулятора должен обладать высокой устойчивостью к эрозии. Снижение давления иногда вызывает кавитацию (для жидких сред) или шум (для паровых или газовых сред). Современные регулирующие клапаны более устойчивы к кавитации и шуму, поэтому их можно использовать в самых сложных условиях.
