Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
16.04.2015

Клапаны

Католицкий Никита Александрович
студент Электроэнергетического факультета Ставропольский государственный аграрный университет г. Ставрополь, Россия
Аннотация: В статье описаны виды клапанов, их конструктивная характеристика, разъясняется принцип работы. Подробно описана их сравнительная характеристика, достоинства и недостатки, область применения.
Ключевые слова: Клапан, регулирующая и запорная арматура, электромагнитный, гидроклапан, редукционный клапан
Электронная версия
Скачать (459.9 Kb)

Клапан – специальное устройство, позволяющее регулировать поток при изменяющихся условиях (например, при повышении давления в сосуде или изменении направления потока). Независимо от свойств потока (газ, жидкость), а так же свойств среды (проводник, вакуум, сосуд и прочие), клапан несет запорно-регулирующую функцию и может пропускать, останавливать и регулировать поток по интенсивности.

Виды клапанов:

Запорный клапан. Имеет два крайних положения: открыто и закрыто. Запорный элемент такого клапана чаще всего представлен золотником и располагается строго параллельно проходящему потоку. Такой клапан не предназначен для регулирования силы потока и расхода среды с помощью уменьшения/увеличения проходного сечения. Запорные клапаны используют на трубах небольшого диаметра, так как в противном случае система управления клапаном сильно усложняется.

Отдельно можно выделить отсечный запорный клапан. Он отличается высокой скоростью работы благодаря поршневому пневматическому приводу.

Регулирующий клапан. Довольно часто встречающийся вид регулирующей арматуры, подходящий и для непрерывного (аналогового), и для дискретного регулирования. Для выполнения своей задачи, регулирующий клапан изменяет расход среды через проходное сечение. На сегодняшний день ручное управление регулирующих клапанов в промышленности практически не встречается, уступив место электрическим и электромагнитным, а также пневматическим и гидравлическим приводам. Современное оборудование делает возможным управление через микроконтроллеры по данным от датчиков, установленных в трубопроводе и фиксирующих параметры потока. Виды управления регулирующей арматурой меняются в зависимости от необходимости и условий эксплуатации.

Запорно-регулирующий клапан. Имеет и уплотнение затвора (для более плотного контакта с седлом при режиме «закрыто»), и специальную конструкцию плунжера для регулирования потока, благодаря чему несет в себе свойства и функции как запорного, так и регулирующего клапана.

В зависимости от направления потока, запорно-регулирующие клапаны делятся на несколько видов:

1. Проходные. Используют на участках трубопровода в тех случаях, когда изменений направлений потока не предвидится.

2. Угловые. Изменение направления потока происходит ровно на 90°.

3. Трехходовые. Применяются для объединения двух потоков в один. Соответственно, имеют три патрубка: два на вход и один на выход.

Обратный клапан. Служит для предотвращения изменения направления потока рабочей среды. Чаще всего это необходимо для защиты рабочего оборудования (такого как насосы, трубопроводы, сосуды под давлением) и для «первой помощи» при разрушении участка системы (клапан дает возможность существенно уменьшить течь).

Обратные клапаны представлены двумя видами:

1. Обратные клапаны. Конструкция затвора выполнена в виде золотника.

2. Обратные затворы. Конструкция затвора выполнена в виде круглого диска.

Обратный клапан можно применять в трубах большого диаметра, он почти нечувствителен к загрязнению рабочей среды и работает почти бесшумно в вертикальном и горизонтальном положении. Кроме того, к достоинствам обратного клапана можно отнести несущественные гидравлические потери при использовании.

Предохранительный клапан. Служит для предотвращения механического разрушения труб под действием избыточного давления, которое могут создавать пар и жидкости в процессе работы системы. Он, соответственно, отвечает за сброс высокого давления, остановку сброса давления при достижении им рабочей нормы и последующее возобновление функционирования системы. Опасно-избыточное давление может образоваться при эксплуатации системы под действием внешних факторов или в результате внутрисистемных процессов, если произошло событие, не предусмотренное правилами нормальной эксплуатации системы. Предохранительный клапан рекомендуется устанавливать везде, где возможна вероятность такого события, но принципиально важно их применение в производствах, использующих промышленные и бытовые сосуды под давлением.

Редукционный клапан. Задача этого клапана – создание и поддержание рабочего уровня давления на выходе. Поэтому сопротивление редукционного клапана в каждый момент времени может меняться и определяется разницей между переменным давлением в точке входа и постоянным (редуцированным) в точке выхода. В зависимости от наличия внешнего привода, редукционные клапаны делятся на клапаны прямого действия, которым не требуется внешний источник питания и на клапаны с приводом (как правило, с электрическим или поршневым). Редукционные клапаны чаще всего применяются в системах с одним источником гидравлической энергии и несколькими потребителями, которые работают одновременно и с разными нагрузками, так как после подключения одного потребителя к работе, меняется давление на входе остальных гидродвигателей. Редукционный клапан является обязательным для применения в системах с пневмоприводом. Это вызвано тем, что пневмосистемы склонны к повышенным колебаниям давления из-за сжимаемости воздуха.

Гидравлический клапан. Фактически представляет собой гидроаппарат, где проходное сечение регулируется потоком жидкости, который влияет на положение запорно-регулирующего элемента. Встречаются два вида гидроклапанов:

1. Регулирующие. Они осуществляют контроль и регулирование давления в рабочем потоке. К таким клапанам относятся:

  • Предохранительные клапаны, поддерживающие определенный уровень давления на входе в гидроклапан.
  • Переливной клапан. Служит для поддержания давления на входе. Нормальное положение этого клапана – открытое. Через него происходит непрерывный сброс необходимой части потока рабочей силы.
  • Редукционный клапан поддерживает давление на входе постоянным.
  • Клапан разности давлений. Необходим для поддержания определенного давления на входе и определенного давления на выходе клапана.
  • Клапан соотношения давлений на входе и выходе клапана.

2. Направляющие. Ориентируясь на заданные настройки и параметры, могут останавливать или пропускать поток.

  • Обратный клапан. Пропускает поток только в одном направлении и только при превышении заданного давления в системе. К обратным клапанам относят гидравлические замки.
  • Клапан последовательности. Ориентируясь на заданные параметры, пропускает поток рабочей силы при достижении определенного значения давления.
  • Клапан выдержки времени. Функционирует «по часам». Пропускает и останавливает рабочий поток по определенным отрезкам времени.
  • Электромагнитный клапан. Предназначен для открытия и перекрытия рабочего потока с помощью электромеханических элементов. Электромагнитный соленоидный клапан включает в себя два функциональных узла: электромагнит, имеющий сердечник, и клапан, имеющий проходное отверстие с поршнем или диском.

Плюсы и минусы использования клапанов.

Достоинства клапанов.

1. Работа в неблагоприятных условиях. Высокие температуры, вакуум, агрессивные среды и прочие неприятные моменты не мешают надежной работе клапанов.

2. Простота в настройке, обслуживании и ремонте.

3. Небольшой по сравнению с задвижками ход затвора, что делает клапаны более компактными по размеру и массе.

4. Надежная герметичность. Достигается с помощью неметаллических уплотнителей затвора, что в задвижках невозможно в принципе. Возможность использования сильфона как уплотнения по отношению к внешней среде.

5. Низкий износ уплотнительных элементов из-за отсутствия трения между уплотнителем затвора и седлом.

Недостатки клапанов.

1. Более высокое, чем в системах с задвижками и шаровыми кранами, гидравлическое сопротивление. Возникают большие энергетические потери при высоких скоростях рабочего потока.

2. Ограничения по диаметру труб. Появляется необходимость повышать изначальное давление системы.

3. Наличие участков с застойными водами. Провоцирует усиленное образование коррозии из-за скопления механических примесей и шлама.

Кроме клапанов применяются и другие виды предохранительной арматуры, но более простых в настройке и использовании, более доступных и распространенных не найти. Благодаря разнообразию видов и различному внутреннему наполнению, для любой цели можно подобрать клапан, который подойдет идеально и выполнит поставленную задачу.

Список литературы:

  1. Гринченко В. А. Обоснование базовой конструкции линейного электродвигателя // Theoretical & Applied Science. - 2013. - Т. 1. - №11 (7). - С. 58-60.
  2. Пат. 2357143 Российская Федерация, МПК8 F 16 К 31/06. Электромагнитный клапан / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. - № 2007141983/06; заявл. 12.11.07; опубл. 27.05.09.
  3. Пат. 2370874 Российская Федерация, МПК8 H 02 K 33/12. Линейный двигатель / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. - № 2008112342/09; заявл. 31.03.08; опубл. 20.10.09.
  4. Пат. 82990 Российская Федерация, МПК8 А 01 J 7/00. Регулятор вакуума / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. - № 2008150545/22; заявл. 19.12.08; опубл. 20.05.09.