Особенности регулирующих клапанов с электроприводом

Особенности регулирующих клапанов с электроприводом

Изделия, оснащенные электроприводом, предназначены для установки в системах, подверженных значительным нагрузкам. Они широко применяются в котельных установках, в вентиляционных и отопительных системах, на тепловых пунктах, в промышленных трубопроводах.

Виды и характеристики электроприводов

В отличие от запорных клапанов, данные изделия могут контролировать и менять объем проходимой через систему жидкости. Это позволяет регулировать показатели давления потока рабочей среды (жидкости, газа, нефтепродуктов) и производительность магистрали в целом.

Регулирующий клапан с электриприводом

Клапаны с электроприводом преобразуют электрическую энергию в механическое усилие, которое приводит в действие запорный узел. Различают несколько типов приводных механизмов:

• Регулирующие клапаны с электроприводом. Такие устройства состоят из электрического привода, передаточного механизма и системы управления. В зависимости от диаметра клапана, они могут комплектоваться однофазным или трехфазными силовыми элементами постоянного, переменного тока. Например, аппаратуре большой мощности соответствует асинхронный трехфазный привод. Все клапаны с электроприводом имеют пульт ДУ, позволяющий дистанционно регулировать параметры среды.
• Устройства с электромагнитным приводом (блочным, встроенным), комплектующиеся соленоидным механизмом или изделием с электромагнитной муфтой. Клапаны с соленоидным приводом предназначены для контроля систем двухпозиционной регулировки. Электромагнитные муфты трения или скольжения позволяют автоматически регулировать исполнительные элементы.

Большой выбор типоразмеров и вариантов комплектации электрических приводов позволяет применять данные устройства в различных сферах промышленности и производства.

Трехходовой клапан фланцевого типа

Преимущества и недостатки использования электроприводов

Регулирующий клапан с электроприводом для газа, пара и жидкости имеет множество достоинств по сравнению с изделиями, оснащенными только ручным или механическим приводом. Среди основных преимуществ можно выделить:

• Скорость работы остается постоянной в течение всего времени эксплуатации.
• Потребление энергии происходит только при движении клапана.
• Плавная регулировка пропускной способности клапана.
• Высокая точность настройки и позиционирования устройства.
• Экологическая безопасность монтажа на трубопроводе.
• Возможность подсоединения к системе другого оборудования и контрольных датчиков, систем управления.

В отличии клапанов с пневматическим приводом, эти устройства не засоряются и отличаются малым уровнем шума при работе. Они могут подключаться к резервным источникам питания, таким как генераторы и внешние аккумуляторы.

К недостаткам электроприводов относятся:

• Высокая стоимость затрат на оборудование и монтаж на магистральных линиях.
• Возможность перегрева электродвигателя при постоянной работе в течение длительного времени.
• Сложность применения при высокой влажности и в зонах с повышенной пожароопасностью. Для таких случаев существую специальные исполнения клапанов с повышенным уровнем защиты. Другой вариант — заменить устройства на аналогичные с пневмоприводом.
• Опасность появления помех в системе управления при непосредственной близости к другим сетям из-за воздействия электромагнитных помех.
• Необходимость периодического технического осмотра и обслуживания изделий.

Электроприводные клапаны также отличаются точной кинематической схемой и сложной конструкцией.

Функционирование электроприводных клапанов

По сравнению с обычными техническими трубопроводами, магистральные линии отличаются большей протяженностью и интенсивной работой. Применение регулирующих клапанов позволяет эффективно управлять технологическими процессами магистрали и непрерывно контролировать поток перемещаемой среды, предотвращать аварии, защищать систему от гидроударов.

Принцип работы клапана с электроприводом можно рассмотреть на примере двухходового фланцевого устройства. Оно имеет следующие рабочие функции:

• Полноценное перекрытие проходного отверстия. Это блокирует перемещение транспортируемой среды.
• Номинальный расход. В этом режиме фланцевый клапан получает электричество, приводя в движение рабочий элемент, тем самым обеспечивая подачу газа в нужном объеме.
• Промежуточное положение, при котором перемещаемая среда ограничивается в размере от номинального расхода. Система переходит в этот режим после того получения катушкой задвижки напряжения и активации вала регулирующего узла.

Монтаж регулирующего клапана

Для того чтобы электроприводной клапан работал исправно, требуется соблюдать следующие правила:

• Монтаж изделия должен осуществляться точно в соответствии с технологической схемой, указанной в документации. Направление движение среды должно совпадать со стрелками на корпусе.
• Установка клапанов возможна в вертикальном и горизонтальном положении. Но приводной механизм должен располагаться сверху.
• Трубопроводы необходимо надежно зафиксировать во избежание вибрации при работе.

Не забудьте обеспечить свободный доступ к клапану для возможности его технического обслуживания и ремонта.

Классификация устройств по разным признакам

Регулирующие клапаны с электроприводом для пара, газа и жидкости различаются по способу фиксации на трубопроводе:

• Сварной метод обеспечивает более высокую герметичность и надежность системы. Он применяется в случае транспортировки агрессивных веществ. Другое преимущество способа — изделия имеют меньший вес по сравнению с фланцевыми моделями. Недостаток — возможность монтажа только на стальных трубопроводах.
• Фланцевый способ. В этом случае создается разъемное фланцевое соединение. Герметичность узла обеспечивается применением специальных уплотнений, а также надежной фиксации болтовым или шпилечным соединением. Материал изготовления и конструктивные особенности фланцев зависят от параметров транспортируемой среды, условий эксплуатации арматуры.

Преимущество фланцевого соединения трубы и регулирующего клапана — простота монтажа и демонтажа устройства при необходимости ремонта или технического обслуживания. Габариты фланцев выбираются в соответствии с ГОСТ 12815 (при давлении до 200 PN) и ГОСТ 9399 (при давлении более 200 PN).

По типу запорного механизма различают следующие типы регулирующих клапанов:

• Золотниковые, оснащенные специальным элементом — золотником, который поворачивается на нужный угол с целью регулировки объема проходимой через клапан среды. Они используются на трубопроводах с небольшим давлением среды из-за недостаточной герметичности узлов.
• Мембранные, у которых в конструкции имеется эластичная мембрана из резины или фторопласта. Такие изделия применяются в системах, транспортирующих агрессивные вещества. Плунжер в этом случае перемещается плавно, без резких движений и заеданий.
• Седельные, позволяющие регулировать характеристики среды с помощью плунжера, чье положение изменяет пропускную возможность клапана. Они бывают одно- и двухседельными. Первые применяются на магистральных трубопроводах с малым условным проходом, вторые — на крупных трубопроводных линиях.

Седельный клапан

Перед началом работы важно проверить уплотнения клапана на отсутствие видимых дефектов, способных повлиять на параметры герметичности системы.

Третья классификация — сфера применения регулирующих клапанов, оснащенных электрическим приводом. Существует несколько модификаций устройств, предназначенных для разных типов сред и условий эксплуатации.

Изделия с воздушным клапаном

Такие устройства применяются в вентиляционных системах с проточным и вытяжным типом работы. Они предназначены для контроля подаваемой воздушной смеси. Наличие воздушного вентиля обеспечивает защиту от попадания дыма и газов в вентиляцию при возникновении пожара — требуется перекрыть клапан, чтобы продукты горения не распространились на всю систему.

Регулирующие воздушные клапаны монтируются в местах с ограниченным доступом, поэтому они дополнительно комплектуются электроприводом с целью удаленной автоматической регулировки параметров среды.

Газовый регулирующий фланцевый клапан

Подобные изделия используются для полного и герметичного перекрытия газопроводов. Устанавливаются как на технических, так и на магистральных линиях. В последнем случае применяются двухходовые и трехходовые газовые клапаны. Возможно использование устройств как с электро-, так и с пневмоприводом.

Огнезадерживающий фланцевый клапан

Такая модификация регулирующего клапана предназначена для установки в местах с высокой пожароопасностью. Их функция — предотвращение распространения горения. Они монтируются в вентиляционных каналах или стенных перекрытиях.

Двухходовые и трехходовые устройства

Данные клапаны активно применяются в системах централизованного и автоматического отопления, в вентиляциях, на тепловых пунктах и при проведении водопроводов. Двухходовые изделия позволяют ограничивать расход транспортируемой жидкости и смешивать ее в заданной пропорции. Трехходовые модели оснащены тремя патрубками, два из которых установлены на подачу или выдачу рабочей среды из клапана. Их предназначение — смешение или разделение потоков.

Как подобрать типоразмер регулирующего клапана

Встречали в описании регуляторов давлений следующую рекомендацию: «Не следует подбирать типоразмер клапана по диаметру трубопровода, используйте значение K_vs»? Эта надпись есть практически в любой технической документации на регулирующие клапаны, а также сайтах компаний, занимающихся их продажей.

Вот только, что это за значение K_vs и достаточно ли его для подбора регулятора, практически никто не объясняет. Эта статья поможет вам разобраться, как правильно рассчитать типоразмер любого регулирующего клапана.

В большинстве случаев подобрать регулятор давления под конкретное применение можно без привлечения специалистов. Точный расчет параметров арматуры потребуется для систем, где необходимо высокое качество регулирования или есть особые требования к ее работе, например, ограничения по уровню шума.

Основным параметром, по которому выбирается регулятор давления, является его пропускная способность или то самое значение Kvs. Как его рассчитать и что еще нужно учесть при выборе регулирующего клапана расскажет Андрей Шахтарин, эксперт компании «КВиП».

Определение пропускной способности клапана

K_vs, которая указывается в технической документации регулятора давления, — это пропускная способность полностью открытого клапана. Производители обычно указывают диапазон значений K_{vs min}— K_{vs max}, в котором работает устройство. Ваша задача определить необходимую пропускную способность клапана, при которой на заданном расходе будет обеспечено необходимое понижение давления пара, газа или жидкости при его прохождении.

Для каждого типа теплоносителя используется своя формула, учитывающая физические характеристики рабочей среды и перепад давления на входе и выходе:

где:
P₁ — давление на входе регулятора, бар;
P₂ — давление на выходе регулятора, бар;
∆P — перепад давления, бар;
t₁ — температура среды на входе, °C;
Q — расход для жидкости, м 3 /ч;
Q_N — расход для газов при нормальных условиях, нм 3 /ч;
G — расход для водяного пара, кг/ч;
ρ — плотность жидкости, кг/м 3 ;
p_N — плотность газов при нормальных условиях, кг/нм 3 .
При расчетах учитывайте, что в формуле используется избыточное давление.

Расчетная K_v не учитывает все факторы, влияющие на работу устройства, так что про запас к полученному значению рекомендуется добавить 30%. Поэтому K_v умножаем на коэффициент 1,3 и только после этого подбираем клапан с самым близким значением K_{vs max}.

Однако на этом подбор регулятора давления не заканчивается. Рекомендуется учесть еще несколько показателей, если вы хотите, чтобы:

• технологические процессы регулировались более точно;
• клапан во время работы не шумел и не «хлопал»;
• при эксплуатации регулятора не было особых проблем с кавитацией и, как следствие, эрозионным износом его элементов;
• повысилась безопасность производственных процессов;
• сократились расходы на техобслуживание системы.

Для нормальной эксплуатации регулирующего клапана важны следующие факторы.

Условный диаметр клапана

Помните рекомендацию в начале статьи? Она рабочая — регуляторы давления действительно никогда не подбираются по диаметру трубопровода. Однако придется рассчитать условные параметры подводящей линии. Особенно это касается редукционного клапана, который обязательно устанавливается с обвязкой (об этом мы писали в этой статье). Для определения диаметра используем следующую формулу:

где
w — рекомендуемая скорость потока среды, м/c;
Q — рабочий объемный расход среды м 3 /ч;
d — диаметр трубопровода, м.

Регулятор может иметь диаметр на одну-две ступени меньше полученного значения. Если подобрать подходящий регулирующий клапан нет возможности, допустимо выбрать модель с более низкой пропускной способностью K_vs.

Условное давление

Этот параметр определяет допустимое рабочее давление для арматуры при нормальной температуре (20 o C). При нагреве механические свойства и эксплуатационные характеристики конструкционных материалов снижаются. Поэтому реальное допустимое давление для арматуры будет ниже. Насколько измениться значение зависит от материала изготовления клапана. В приведенной таблице приведена зависимость максимального рабочего давления от температуры для серого чугуна, углеродистой и нержавеющей стали.

Максимальное рабочее давление, (МПа)
PN, (МПа)	Рабочая температура, ( о С)
	120	200	250	300
0,6	0,6	0,5	4,5	3,6
1,0	1,0	0,8	0,7	0,6
1,6	1,6	1,3	1,1	1,0

Максимальное рабочее давление (МПа)
PN, (МПа)	Рабочая температура, ( о С)
	120	200	250	300	350	400	425	450
1,6	1,6	1,4	1,3	1,1	1,0	0,8	0,7	—
2,5	2,5	2,2	2,0	1,7	1,6	1,3	1,1	0,9
4,0	4,0	3,5	3,2	2,8	2,4	2,1	1,8	1,6
6,3	6,3	5,0	4,5	4,0	3,6	3,2	3,0	2,7
10,0	10,0	8,0	7,0	6,0	5,6	5,0	4,7	4,3
16,0	16,0	13,0	11,2	9,6	9,0	8,0	7,4	7,0
25,0	25,0	20,0	17,5	15,0	14,0	12,5	11,7	11,0
31,5	31,5	25,0	22,5	19,2	18,0	16,0	15,0	14,0
40,0	40,0	31,5	28,0	24,0	22,5	20,0	19,0	17,5

Максимальное рабочее давление, (МПа)
PN, (МПа)	Рабочая температура, ( о С)
	300	350	400	425	450	475	500	510	520	530	540	550
1,6	—	—	—	—	—	—	1,6	1,5	1,2	0,9	—	—
2,5	2,5	2,4	2,3	2,2	2,1	2,0	1,8	1,5	1,2	1,5	—	—
4,0	4,0	3,8	3,6	3,5	3,4	3,3	2,9	2,4	1,9	2,5	—	—
6,3	6,3	6,1	5,8	5,7	5,6	5,3	4,7	4,0	3,2	2,5	—	—
10,0	10,0	9,5	9,1	8,9	8,7	8,2	7,4	6,2	4,9	3,8	—	—
16,0	16,0	15,3	14,6	14,2	13,9	13,2	11,8	10,0	7,9	6,2	4,6	3,5
25,0	25,0	23,8	22,7	22,3	21,7	20,6	18,4	15,4	12,4	9,7	7,3	5,4
31,5	31,5	30,4	29,2	28,5	27,8	26,4	23,7	20,0	15,8	12,4	9,3	6,9
40,0	40,0	38,0	36,4	35,6	34,8	33,0	29,5	25,0	19,8	15,5	11,6	8,7

Риск возникновения кавитации

При больших перепадах давления это одна из самых больших проблем, приводящая к быстрому выходу из строя клапана. Особенно сильно эффект проявляется при использовании регуляторов давления пара после себя. Проверить возможность возникновения кавитации можно по формуле:

,
где
P₁ – давление на входе регулятора, бар;
∆P – перепад давления на клапане, бар.

Кавитация возникнет, если условие соблюдается.

Уровень шума

Регулирующий клапан будет шуметь и хлопать, если скорость среды, проходящей по трубопроводам будет выше рекомендуемой. Рассчитать фактическую скорость можно по формуле:

где
w – скорость потока среды, м/c;
Q – рабочий объемный расход среды м 3 /ч;
d – диаметр трубопровода, м.

Рекомендуемые скорости для всех типов сред приведены в таблице.

жидкость		3 м/c
пар	насыщенный	40 м/с
	перегретый	60 м/с
газ		2 м/с
	0,001-0,01 МПа	4 м/с
	0,0-0,1 МПа	10 м/с
	0,1-1,0 МПа	20 м/с
	>1,0 МПа	40 м/с

Снизить уровень шума можно, установив клапан в специальном исполнении или смонтировав виброкомпенсаторы на участках до и после регулятора.

Допустимый перепад давления на клапане

Для ряда регуляторов давления пара после себя ограничено отношение входного давления к выходному, так как при превышении перепада давления клапан не сможет закрыться. При выборе такого устройства можно не беспокоиться о кавитации — ограничение по этому параметру ее полностью исключает.

Соблюдение перечисленных рекомендаций поможет вам выбрать оптимальную модель регулирующего клапана, который будет не только эффективно, но и долго работать.

Также вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам — мы ответим на все ваши вопросы и поможем подобрать подходящее оборудование.

Что Вы получите обратившись к нам?

Наши инженеры проконсультируют Вас и осуществят подбор оптимального парового и пароконденсатного оборудования, под Ваши индивидуальные потребности.

Присылайте свой проект — получите бесплатную экспертную оценку его реальности.

https://tdnhi.ru/articles/osobennosti_regulirujuschih_kl/