Виды регулирующей арматуры
В силу своих конструкционных особенностей регулирующая арматура очень походит на запорную. Поэтому зачастую данные элементы имеют одинаковую марку. Регулирующие устройства делятся на 2 типа:
- редукционный, который работает на снижение давления рабочей среды;
- запорно-регулирующий.
Теперь о видах регулирующей арматуры. Наиболее распространенным видом принято считать регулирующие клапаны, которые также делятся на несколько подвидов:
- проходные;
- угловые;
- смесительные, обладающие трехходовой конструкцией.
К остальным видам регулирующих устройств относятся запорно-регулирующие клапаны, регуляторы давления прямого действия, а также регуляторы уровня.
Обо всех перечисленных устройствах далее более подробно.
Выбор конструкции регулирующего клапана
Выбор конструкции регулирующего клапана в первую очередь зависит от температуры, давления и свойств рабочей среды. Широко используются отличающиеся высокой универсальностью односедельные проходные клапаны.
В случае больших номинальных диаметров или больших перепадов давления альтернативой односедельным разгруженным клапанам являются клапаны с двойным седлом.
При «стандартных» температурах эффективное конструктивное решение — самоподжимающийся пружинный сальник. Особые требования предъявляются к клапанам, работающим в условиях очень высоких и низких температур. В первом случае для лучшей тепловой изоляции клапанов могут применяться специальные охлаждающие ребра, препятствующие чрезмерному повышению температуры в зоне сальникового уплотнения.
При криогенных температурах необходимо предусмотреть защиту сальникового уплотнения от обледенения.
В условиях сильно загрязненной рабочей среды стараются избегать сетчатых конструкций.
Для абразивной рабочей среды хорошо подойдут угловые клапаны, обеспечивающие ее беспрепятственный выброс. Если они изготовлены из износостойких материалов, срок их эксплуатации даже в экстремальных условиях будет достаточно продолжительным.
Важная часть конструкции - присоединение к трубопроводу. Чаще всего применяются фланцевые, сварные или винтовые соединения. Наиболее распространены фланцевые. Сварные используются, главным образом, в линиях высокого давления водяных и паровых контуров. Преимущества сварных соединений - герметичность. Недостаток - ограниченная ремонтопригодность и более высокая стоимость изготовления.
Особенности работы регулирующих клапанов
Регулирующие клапаны, как уже говорилось ранее, относятся к наиболее распространенным видам запорных устройств. Их основная функция – это изменение давления среды, которая проходит по определенной трубопроводной системе. Сфера применения данных устройств:
- водопроводные системы;
- системы газоснабжения;
- магистрали, предназначенные для перемещения нефтепродуктов и газообразных веществ.
Материал, использующийся для изготовления этой арматуры, может быть разнообразным: латунь, чугун, сталь, высоколегированные сплавы. Выбор определенного исполнения зависит от трубопроводной системы и находящейся в ней среды.
В зависимости от особенностей работы все регулирующие клапаны делятся на 2 вида:
- с ручным приводом, где управление происходит с помощью специально встроенного штурвала, который при необходимости нужно собственноручно вращать. Для труб с большими параметрами такой вариант практически не используется, поскольку приведение регулирующего устройства в работу требует значительных усилий;
- с автоматическими управлением, где работа выполняется за счет встроенного гидравлического, пневматического либо электрического привода. Для обеспечения своевременного срабатывания затвора в регулирующее устройство входят датчики, которые измеряют существующее давление в системе.
Также существует классификация клапанов-регуляторов в зависимости от их формы:
- проходные устанавливаются на прямом трубопроводе и никак не воздействуют на направление среды;
- угловые изменяют направление среды, а значит и самого трубопровода на 90?;
- смесительные включают в свою конструкцию 3 патрубка, которые две рабочие среды в совместный поток.
Принцип действия и конструкция
Двухходовые регулирующие клапаны. В зависимости от направления потока рабочей среды. Проходные монтируются на прямых участках трубопровода, угловые, соответственно, в тех местах, где нужен поворот трубопровода.
Трехходовые регулирующие клапаны одновременно с регулировочной функцией выполняют задачу смешивания или разделения потоков рабочей среды, как правило, этот вид регулирующей арматуры имеет три патрубка входа-выхода, в зависимости от назначения.
Устройство и принцип работы двухходового проходного клапана
Основной устройства является корпус с расположенным внутри его проходным отверстием, на корпусе располагается система фиксации на трубопроводе и механизм регулирования, обычно это плунжерный или золотниковый затвор. Затвор, вследствие изменения своего положения, относительно проходного отверстия, изменяет его площадь, тем самым, регулируя объем проходящей через него, рабочей среды.
Арматура подразделяется по способу регулировки. В зависимости от вида затворного устройства:
- Седельной;
- Золотниковой;
- Мембранной;
- Клетчатой.
Регулировка механизма может осуществляться как вручную, через воздействие на шток, так и посредством системы внешнего управления.
Трехходовой регулирующий клапан имеет задачу разделения или смешивания потока рабочей среды. Используется он чаще всего в системах отопления.
Конструкционно устройство этого типа состоит из металлического корпуса с тремя патрубками. Внутренней перегородки с двумя соосными проходными отверстиями, по одному на каждый патрубок. Запорный механизм, закреплённый на управляемом штоке, может регулировать давление потока рабочей среды, проходящее через каждое отверстие, тем самым регулируя давления в одном или двух выходных патрубках.
Управление регулирующим клапаном может осуществляться как вручную, так и автоматически, в зависимости от состояния системы. В этом случае для управления регулирующим клапаном установлена приводная аппаратура: термостатический привод, изменяет характеристики состояния рабочей среды, контролирует температуру и давление. Кроме этого используются и другие виды привода, электромагнитный например.
Принцип работы запорно-регулирующих клапанов
Основное назначение запорно-регулирующих клапанов – это контроль рабочей среды в трубопроводе и изменение ее расхода. Эта регулирующая арматура может использоваться в следующих системах:
- сети отопления и горячего водоснабжения;
- центральные и индивидуальные тепловые пункты;
- вентиляционная система.
Для каждого из условий существует определенный тип исполнения и используемого материала.
Запорно-регулирующие клапаны являются универсальными регулирующими устройствами. Это объясняется тем, что они не только контролирует расход используемой в трубопроводе среды, но еще и выполняет запорную функцию, способную полностью перекрыть движение потока.
Рассмотрим принцип действия запорно-регулирующей арматуры: внутри корпуса запорный элемент перемещается благодаря вращению штока, который приводится в движение собственноручно либо при помощи предусмотренного привода. Особенностью этого регулирующего устройства является присутствие уплотнителя, благодаря которому при опускании штока происходит полная герметизация системы.
Запорно-регулирующая арматура обладает рядом достоинств, самыми главными из которых является простота в использовании и обслуживании, надежность в эксплуатации. Установка регулирующих устройств возможна не только на трубопроводы стандартного типа, но и на магистрали с нестандартными углами и поворотами. К тому же зачастую они используются для работы в агрессивных средах.
Клапан - имя существительное
Если слово «арматура» имеет латинское происхождение, то «клапан» пришел в русский язык из немецкого, в котором еще до появления клапанов как технического устройства обозначало крышку (нем. Klappe). Языковеды даже называют точное время - XVIII век. Свойство клапана открывать и закрывать проход для какой-то среды - прямое подтверждение его кровного родства с открывающейся — закрывающейся крышкой.
Существительное «клапан» используется не только в трубопроводной арматуре. Сердечные клапаны регулируют кровоток, клапаны духовых инструментов — поступление превращающегося в звуки музыки воздуха из легких. Клапаны есть в самых разных технических устройствах - насосах, компрессорах и т. д. Клапан прикрывает отверстие в кармане пальто или пиджака.
Клапаны - самый распространенный тип трубопроводной арматуры. В качестве основного элемента они входят в конструкцию большинства регуляторов.
У клапана запирающий или регулирующий элемент перемещается параллельно к оси потока рабочей среды.
Особенности, свойственные клапанам, - быстрое срабатывание, высокая герметичность, большие усилия на привод затвора и гидравлическое сопротивление, наличие противодавления рабочей среды.
Конструктивно выполненная в виде клапана запорная арматура называется запорным клапаном. Обратная арматура - обратный клапан, невозвратно-запорная арматура - невозвратно-запорный клапан, невозвратно-управляемая арматура - невозвратно-управляемый клапан. Регулирующий клапан (иногда говорят «исполнительное устройство») - вид регулирующей арматуры, конструктивно выполненной в виде клапана (с исполнительным механизмом или ручным управлением).
Регулирующий клапан, предназначенный для смешения двух и более различных по параметрам и/или свойствам рабочих сред, называют смесительным клапаном.
Регулирующие клапаны зачастую - наиболее значимый и дорогостоящий элемент контура регулирования. Работать им приходится в достаточно сложных условиях: изменение положения регулирующего органа сопровождается изменением давления на клапане, формы проходного сечения, скорости рабочей среды в проточной части. Перепады давления сопровождаются преобразованием огромных количеств энергии.
Эффективная работа регулирующего клапана обеспечивает условия для нормального функционирования технологических систем, поддерживают стабильность их рабочих параметров.
Регуляторы давления прямого действия
Регулятор давления прямого действия необходим для того чтобы автоматически поддерживать нужный показатель перепада давления на одном из участков системы.
Эта регулирующая арматура делится на 2 вида:
- до себя;
- после себя.
Регулятор давления состоит из корпуса, клапана двухседельной конструкции, крышки, дополненной сальниковым устройством, грузового механизма и исполнительного механизма мембранного типа.
Особенностью конструкции такой регулирующей арматуры является наличие сразу двух клапанов на одном штоке. Такая особенность необходима для уравновешивания показателя давления рабочей среды на клапан, и соответственно, на шток.
Оба типа регуляторов отличаются друг от друга только расположением клапанов относительно седел. Регулирующая арматура «после себя» под воздействием давления от грузового механизма благодаря клапанам образует проход в седлах. Суть работы этого регулирующего устройства достаточно проста: при поступлении рабочей среды к нему проходное сечение находится в открытом состоянии, поэтому она проходит за него в трубопровод. Там и происходит увеличение показателя давления, которое перемещается по импульсной трубке к мембране и создает нагрузку для штока в противоположном направлении от воздействия груза, размещенного на рычаге. При достижении усилия большего, чем усилие груза движение штока будет направлено книзу и клапаны закроют отверстия в корпусе.
При настройке такой регулирующей арматуры на определенный показатель давления необходимо подобрать величину груза и его расположением на рычаге.
Отличие принципа работы регулирующей арматуры «до себя» от предыдущего вида в закрытых клапанах под воздействием имеющегося груза. Когда давление в системе увеличивается, то при передаче его через импульсную трубку на мембрану и тем самым создается усилие на шток по направлению противоположную действию груза. Это и приводит к открытию клапанов, что впоследствии ведет к выводу рабочей среды за них. А это значит, что давление в системе начинает снижаться.
Принцип действия шарового крана.
Шаровый кран – один из самых надежных элементов запорной арматуры. Краны такого типа обеспечивают очень хорошую возможность полного перекрытия потока, в случае поворота запорного элемента на четверть оборота (90°). К достоинствам шарового крана следует также отнести низкое время закрытия, и низкую вероятность протечки, в случае износа уплотнения
Шаровые краны можно разделить на неполнопроходные, и полнопроходные. Неполнопроходной кран в открытом состоянии имеет диаметр прохода меньший, чем диаметр трубопровода, полнопроходный кран имеет диаметр прохода равный диаметру трубопровода. Полнопроходный шаровый кран более эффективен, т.к. позволяет свести к минимуму падение давления в клапане.
Шаровые краны рекомендуются только для использования в полностью открытом, или полностью закрытом положении. Они не приспособлены для точного регулирования потока, или функционирования в частично открытом положении, так как создается избыточное давление на часть корпуса, что может привести к его деформированию. Деформирование корпуса приводит к протечкам и поломкам.
Информация о регуляторах уровня
Предназначение регулятора уровня в поддержке уровня рабочей среды (жидкости) в необходимых пределах и заданной высоте. Используемый сосуд может находиться под давлением, а может соединяться непосредственно с атмосферой, что встречается значительно чаще. Такие условия характерны для резервуаров, наполненных нефтепродуктами или водой. Поддержка показателя давления здесь на заданном уровне осуществляется за счет впуска дополнительного объема жидкости. В этом случае регулирующая арматура носит название регулятор питания. Когда жидкость выпускается из резервуара под действием избыточного давления, регулирующая арматура называется регулятором перелива.
Действующими и главными элементами в такой регулирующей арматуре являются датчик положения уровня, чаще называющийся чувствительным элементом и элемент исполнительного действия, представленный в виде клапана регулирующего или запорного действия.
Принцип работы такого приспособления основан на прекращении или регулировании подачи рабочей среды (жидкости) с помощью исполнительного устройства, работа которого зависит от командного оповещения встроенного датчика.
Для регуляторов уровня прямого действия датчик обычно представлен в виде поплавка полой шарообразной формы, подсоединенного к затвору клапана. При увеличении или уменьшении уровня воды больше установленных пределов поплавок создает подъемную силу, которая и перемещает рычаг клапана в направление, заданное для работы исполнительного механизма регулятора.
Конструкции уплотнения:
По способу герметизации бугельного узла (подвижного соединения шпиндель-гайка) клапаны делятся на сальниковые, сильфонные и мембранные. В вентилях с сальниковым уплотнением
герметичность соединения крышки с подвижной частью обеспечивается сальниковой набивкой. Современная сальниковая набивка представляет собой, как правило, шнур или кольца из асбеста с графитовой пропиткой. Также используются безасбестовые уплотнительные материалы из фторопласта или на основе графита. При помощи специальных устройств набивка поджимается вдоль оси шпинделя (штока), упираясь в стенки сальниковой камеры и уплотняется. Таким образом создаётся герметичность и рабочая среда не проникает за пределы корпуса. В арматуре малых диаметров поджатие набивки производится накидной гайкой, больших — специальной деталью-сальником при помощи двух откидных или анкерных болтов с гайками. Сальники максимально упрощают конструкцию и уменьшают стоимость запорных клапанов, однако для номинального давления от 2,5 МПа и номинального диаметра более 50 (эти границы весьма ориентировочные) ходовой узел выносится из зоны рабочей среды и располагается выше сальникового уплотнения, а ходовую гайку размещают в бугельном узле, расположенным над крышкой клапана, то есть конструкция существенно усложняется для ликвидации влияния рабочей среды на соединение шпиндель-гайку и повышения его долговечности и надёжности.
Сильфонное уплотнение
— это упругая однослойная или многослойная гофрированная оболочка, сохраняющая прочность и плотность при многоцикловых деформациях сжатия, растяжения и изгиба. Металлический сильфон при помощи сварки или пайки соединяется с верхними или нижними кольцами (или деталями другой формы), образуя так называемую сильфонную сборку. Сильфонная сборка своей верхней частью неподвижно и герметично соединяется с корпусными деталями арматуры, а нижней — со штоком или золотником клапана, перекрывая таким образом возможность выхода рабочей среды во внешнюю. Поступательное перемещение штока для управления золотником происходит внутри сильфона, который может изменять свою длину за счёт деформации гофров. Сильфонные клапаны используются для работы в таких средах, утечка которых в окружающую среду недопустима. Преимущество таких клапанов перед сальниковыми — исключение утечки рабочей среды в атмосферу в пределах срока службы сильфонного узла. Но это преимущество достигается путём существенного усложнения конструкции и соответственно более высокой стоимости клапана. Клапаны с
мембранным уплотнением
принципиально отличаются от клапанов другой конструкции. Внешнее уплотнение обеспечивается при помощи мембраны, выполняющейся в виде упругого диска из эластичных материалов (резина, фторопласт). Профиль мембраны позволяет в центральной её части осуществлять возвратно-поступательное движение, достаточное для закрывания или открывания запорного или регулирующего органа арматуры. Мембрана устанавливается и зажимается по наружному диаметру между корпусом и крышкой, это обеспечивает герметичность соединения корпусных деталей и одновременно полностью отсекает внутреннюю полость арматуры от внешней среды. Особенность мембранных вентилей состоит в том, что диафрагма одновременно может выполнять функцию затвора, перекрывая под действием шпинделя проход рабочей среды через корпус. Такая конструкция позволяет без применения нержавеющих сталей иметь чугунные клапаны, пригодные для различных агрессивных сред. Для этого внутренние поверхности корпуса покрываются различными антикоррозийными материалами (фторопласт, резина, полиэтилен, эмали). Недостатками таких клапанов являются небольшой срок службы мембраны и ограниченные небольшими давлениями и температурами пределы их применения.
Клапан запорный представляет собой регулирующую арматуру в виде затвора со шпинделем, ввинчиваемым в резьбу неподвижной ходовой гайки, расположенной в крышке или бугеле.
Принцип действия запорного клапана основан на поступательном движении золотника, перемещение которого передается от шпинделя, путем его вращательного движения в ходовой гайке. Запорный клапан используется для полного перекрытия проходного сечения, а следовательно потока рабочей среды.
Принцип действия показан на рисунке ниже: Перекрытие потока рабочей среды: золотник (3) является в данном случае запирающим элементом, расположенный на шпинделе (1) опускается на седло, находящееся внутри корпуса, передавая крутящий момент от ручного штурвала (или электромеханического привода), и перекрывает поток. Герметичность шпинделя обеспечено сальниковым уплотнением. При помощи бугельного узла (2) шпиндель находится вне зоны рабочей среды. Если уплотнение сильфонное, то такое расположение вне рабочей среды не обязательно. В положении «закрыто» золотник находится в крайнем нижнем положении и перекрывает седло. Ход золотника может передаваться и от гладкого штока, которому передается поступательное усилие от привода.
В поставках ЛДМ существуют три типа запорных клапанов: серия UV116, UV216, UV226, UV236. Эти серии отличаются типом сальника: экспандированный графит, сильфон с предохранительным сальником, сильфон с предохранительным сальником. Также они отличаются условным давлением (PN16, PN25, PN40) в зависимости от материала корпуса. Запорные вентили могут поставляться с корпусами из серого чугуна EN-JL 1040, чугуна с шаровидным графитом (высокопрочного чугуна) EN-JS 1025, литой углеродистой стали 1.0619, литой коррозионностойкой стали 1.4581 (нержавеющей стали).
Сальниковое уплотнение из графита в этом случае обеспечивает герметичность в месте прохождения шпинделя через крышку, в подвижной части шпинделя предусмотрена камера, которая заполняется сальниковой набивкой из экспандированного графита, которая и служит уплотнительным материалом. Плотно прилегая к крышке и штоку, набивка создает герметичность.
Сальниковое графитовое уплотнение имеет ряд преимуществ, благодаря которым его применение в ряде случаев становится предпочтительным. Благодаря простой конструкции запорного клапана с уплотенением с графитом можно существенно снизить стоимость арматуры, однако для клапанов от Ду50 и давлением PN25 и выше возрастает негативное влияния рабочей среды на это уплотнение.
Сильфонное уплотнение представляет собой гофрированную трубку, которая мспользуется в качестве уплотнения подвижных элементов запорного клапана. Это уплотнение позволяет обеспечить высокую герметичность в месте соединения штока с корпусом клапана. Длина сильфона меняется благодаря изменению и деформации гофрированной части сильфонного уплотнения. Данный вид уплотнения намного долговечнее сальникового и применяется на ответственных участках трубопровода, где протечка рабочей среды крайне нежелательна.
