Пружинные предохранительные клапаны: устройство и принцип действия

Пружинные предохранительные клапаны: устройство и принцип действия

Пружинные предохранительные клапаны — важный элемент во многих системах. Они регулируют давление, предотвращают поломки оборудования, аварии и травмы персонала. Давайте разберемся в устройстве этих механизмов и принципе их работы.

Назначение пружинных предохранительных клапанов

Основные функции пружинных предохранительных клапанов:

• Защита оборудования от повышения давления выше допустимого
• Автоматический сброс избытка рабочей среды (газа, пара, жидкости)
• Предотвращение аварий и травм персонала

Пружинные предохранительные клапаны применяются:

• В промышленных установках
• В энергетике
• В системах тепло- и водоснабжения
• На транспорте
• В бытовых приборах (например, в водонагревателях)

Устройство пружинных предохранительных клапанов

К основным элементам пружинного предохранительного клапана относятся:

• Корпус
• Запорный орган (золотник или тарелка)
• Задатчик (пружина, груз, электромагнит)
• Седло

Клапан предохранительный пружинный фланцевый имеет фланцевое крепление к трубопроводу или сосуду.

По типу привода различают пружинные, грузовые и электромагнитные предохранительные клапаны. В пружинных предохранительных клапанах задатчиком служит пружина, в грузовых — груз на рычаге, в электромагнитных — электромагнит.

По степени подъема запорного органа выделяют полноподъемные, малоподъемные и среднеподъемные клапаны.

Материал корпуса — чаще чугун (СЧ или ВЧ) или нержавеющая сталь (08Х18Н10Т). Для повышения износостойкости золотник и седло выполняют из более твердых сплавов или делают наплавку износоустойчивых материалов (например, наплавка клапанов ЦН-12М или стеллита).

Принцип действия пружинных предохранительных клапанов

Рассмотрим принцип действия пружинного предохранительного клапана на примере клапана прямого действия с пружинным приводом.

В исходном состоянии запорный орган (золотник) плотно прижат к седлу усилием задатчика (пружины). Когда давление в системе повышается и достигает заданного значения, усилие от давления среды на золотник начинает превышать усилие от задатчика. Золотник приподнимается и открывает проход для сброса избытков рабочей среды в атмосферу или в отводящий трубопровод.

После снижения давления золотник под действием задатчика вновь плотно закрывает седло, прекращая сброс рабочей среды. Таким образом, клапан работает автоматически.

Давление открытия задается силой пружины. Давление закрытия, как правило, несколько ниже. Подъем золотника может быть полным или частичным.

Конструкция и принцип работы электромагнитных и грузовых предохранительных клапанов аналогичны с некоторыми отличиями.

Области применения пружинных предохранительных клапанов

Рассмотрим основные области использования пружинных предохранительных клапанов.

• Промышленные установки. Клапаны применяются в нефтегазовой отрасли, металлургии, химической промышленности. Защищают компрессоры, реакторы, теплообменники.
• Энергетика. Используются на тепловых и атомных электростанциях, в системах теплоснабжения.
• Жилищно-коммунальное хозяйство. Применяются в системах горячего водоснабжения и отопления.
• Транспорт. Устанавливаются на тепловозах, судах, в авиации.
• Бытовые приборы. Используются в водонагревателях, отопительных котлах, газовых плитах.

Конструкции пружинных предохранительных клапанов

Рассмотрим различные конструктивные варианты пружинных предохранительных клапанов.

По количеству седел бывают односедельные и двухседельные. Последние используются при больших диаметрах прохода.

По типу корпуса выделяют угловые и проходные клапаны. Угловые чаще применяются в стационарных установках, проходные — на транспорте.

В зависимости от степени герметичности бывают клапаны закрытого (герметичные) и открытого (негерметичные) типа.

Требования к материалам пружинных предохранительных клапанов

Материалы для изготовления пружинных предохранительных клапанов должны обеспечивать:

• Высокую коррозионную стойкость
• Термостойкость
• Износостойкость поверхностей трения
• Высокие механические свойства

Детали клапанов изготавливают из конструкционных и нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов.

Выбор пружинного предохранительного клапана

При выборе пружинного предохранительного клапана учитывают:

• Давление и температуру рабочей среды
• Требуемую пропускную способность
• Тип рабочей среды
• Условия эксплуатации

Подбор осуществляют по специальным методикам или с помощью программ подбора.

Монтаж пружинных предохранительных клапанов

При монтаже пружинных предохранительных клапанов необходимо соблюдать следующие требования:

• Устанавливать клапаны на вертикальных или горизонтальных участках трубопроводов
• Направление потока среды должно совпадать со стрелкой на корпусе
• Перед клапаном не должно быть запорных устройств
• После клапана предусматривают отводящий трубопровод

Крепление осуществляют с помощью фланцев, резьбовых или муфтовых соединений.

Эксплуатация пружинных предохранительных клапанов

В процессе эксплуатации проводят:

• Периодические проверки работоспособности
• Техническое обслуживание (регулировку, смазку, чистку)
• Замену быстроизнашивающихся элементов (пружин, седел, уплотнений)

Неисправности могут быть связаны с износом, коррозией, поломками и деформациями деталей.

Модернизация пружинных предохранительных клапанов

Для повышения надежности и быстродействия пружинных предохранительных клапанов применяют:

• Новые материалы и покрытия
• Малоинерционные электромагнитные приводы
• Системы автоматического контроля

Разрабатываются цифровые и многоступенчатые клапаны, интегрируемые в единую АСУТП.

Требования безопасности при монтаже и эксплуатации пружинных предохранительных клапанов

Основные требования безопасности:

• Клапаны должны соответствовать требованиям технических регламентов
• Персонал обязан пройти инструктаж по технике безопасности
• Необходимо использовать СИЗ
• Трубопроводы и арматура должны быть заземлены

Запасные части для пружинных предохранительных клапанов

Основные запасные части для пружинных предохранительных клапанов:

• Пружины различной жесткости
• Комплекты седел и золотников
• Уплотнительные кольца
• Сальниковые набивки
• Болты, гайки, шпильки

Запчасти подбирают в соответствии с типом и размерами клапана. Их замена необходима при техобслуживании и ремонте.

Ремонт пружинных предохранительных клапанов

Виды ремонтных работ:

• Замена изношенных деталей
• Устранение коррозии, трещин, деформаций
• Восстановление поверхностей трения
• Регулировка и испытания

Ремонт может быть текущим или капитальным в зависимости от объема работ. Выполняется на специализированных предприятиях.

Хранение и транспортировка пружинных предохранительных клапанов

При хранении и транспортировке соблюдают следующие правила:

• Используют закрытые вентилируемые помещения без агрессивных паров и газов
• Температура хранения от -40 до +50 °С
• Относительная влажность воздуха не более 80%
• Клапаны транспортируют в упаковке производителя

Нарушение условий хранения и транспортировки может привести к выходу клапанов из строя.

Утилизация пружинных предохранительных клапанов

По окончании срока службы клапаны подлежат разборке на составляющие:

• Черные металлы
• Цветные металлы
• Резинотехнические изделия

Детали отправляют на переплавку или утилизируют в соответствии с нормативами по обращению с отходами.

Обратный клапан: виды и принцип работы

Обратный клапан — механизм прямого действия, который обеспечивает циркуляцию воды только в одну сторону. Запорная арматура работает благодаря передвижению жидкости и не нуждается в подключения дополнительных источников питания. Устройство поддерживает стабильную работу водяной и тепловой системы, а также защищает водопровод от выхода из строя при появлении аварийных ситуаций.

Основные задачи

Водяной клапан обычно используется одновременно с поверхностными насосами при организации систем индивидуального водоснабжения.

Назначение запорной арматуры:

1. Стабилизирует давление. В домах холодное и горячее водоснабжение проходит по разным трубам и из-за разницы давления холодная вода может не выдавливаться в смеситель. Это препятствует нормальной регулировке температуры. Обратный возвратный клапан стабилизирует высокое давление, позволяя настраивать температурный режим.
2. Защищает трубопровод от перепадов давления и гидравлических ударов, а непосредственно водопровод — от непредвиденных ситуаций и последующего ремонта.
3. Не допускает обратной циркуляции воды.

Последняя функция особенно актуальна для систем канализации. Обратный невозвратный клапан блокирует обратный проход сточных вод, не допуская их выхода из унитаза или мойки.

Место установки

Канализационная и водопроводная системы — не единственные места, в которых установка клапана является необходимостью. Другими участками являются:

1. Контур автономной отопительной системы. Помещения, где находятся радиаторы отопления или теплый пол, кардинально отличаются по гидравлическим и напорным показателям, поэтому нуждаются в установке автоматической запорной арматуры. Устройство врезается перед котлом и позволяет сбалансировать технические показатели.
2. Вход в водонагреватель. Обратная запорная арматура, установленная перед бойлером, не допускает передвижение горячей водной массы обратно в трубопровод с холодной водой.
3. Погружные помпы. Если система подвода воды соединена с колодцем или скважиной, важно сделать монтаж погружной помпы. Ее основная задача — подъем водных масс с глубины и транспортировка под давлением в дом. При отключении электричества подкачанная вода естественным путем стекает в напорный бак. Чтобы избежать этого, требуется установка запорного клапана перед насосом.
4. Перед счетчиком контроля расхода воды. Все учетные устройства, в частности, бытовой счетчик воды, особо чувствительны к нарушениям и изменениям водоснабжения. Гидравлический удар негативно действует на прибор, вплоть до выхода его из строя. Также запорное устройство не позволяет турбине проворачиваться в обратную сторону.

Предохранительный клапан не допускает обратную циркуляцию воды в любом из описанных выше случаев.

Описание устройств

Обратный запорный клапан выглядит довольно просто. Внутри конструкции находятся следующие основные элементы:

• маленькая пружинка, выполняющая функцию задержки затворного механизма;
• затвор с уплотнителем — может изготавливаться из прочного пластика или стали;
• металлический корпус (как правило, разборной для удобства обслуживания), состоящий из двух резьбовых частей.

Сегодня существует большое количество запорных механизмов. С учетом конструкции устройство может быть дополнено следующими вспомогательными элементами:

• штоком;
• штифтом на шарнирах;
• шариковыми подшипниками;
• пружинами;
• эластомерами;
• дисковыми рычагами.

Чтобы правильно подобрать запорный элемент, необходимо отталкиваться от конструкции системы и основного назначения установки.

Принцип работы

В основе работы — элементарные законы гидродинамики и физики. Когда жидкость перестает попадать в трубопровод, пружина полностью закрывает затвор. При появлении напора и давления на клапан пружинка ослабевает, открывая доступ для прохода воды. После отключения насоса и снижения напора затворный механизм заново срабатывает. Сопротивление пружины повышается под воздействием непосредственно давления. Это не допускает открытие клапана.

Предохранительная конструкция в канализационной системе имеет другой принцип работы. Сам клапан конструктивно состоит из круглой пластины с уплотнителем, пружинистого рычага и корпуса. Когда вода поступает в мойку, рычаг открывается. При падении давления запорный механизм закрывается и предотвращает обратный проход канализационных вод.

Виды механизмов

Запорные устройства условно делятся по нескольким критериям. Наиболее распространенные механизмы:

1. Дисковый или пружинный клапан. Внутри находится пружинка с запирающим элементом. Когда жидкость циркулирует в правильную сторону, пружина сжимается и дает проход воде. Во время обратного потока пружинка разжимается, закрывая затвор. Эти клапаны недорого стоят и не нуждаются в техобслуживании. Но со временем внутри появляются минеральные отложения. В этом случае устройство нужно полностью менять.
2. Подъемный запирающий клапан характеризуется тем, что затвор производит вертикальные поступательные движения. Когда вода циркулирует под давлением, затвор перемещается вверх, открывая ей путь.
3. Шаровой запорный механизм сделан в форме шара, покрытого износостойким герметиком. Шарик приподнимается, когда жидкость циркулирует в нужном направлении, и опускается, закрывая проход воде при передвижении потока в другую сторону. Устройства этого типа не обязательно заменять после износа. Они легко ремонтируются. При этом поломки бывают довольно редко, так как элементы не трутся внутри конструкции. Из недостатков — требуется большое пространство, чтобы установить подъем клапана.
4. Двустворчатый механизм является разновидностью поворотного клапана. Имеет два лепестка, которые открываются от прямого направления воды. У этих конструкций высокое гидравлическое сопротивление, то есть скорость циркуляции жидкости снижена. Чаще всего их используют в сложной рабочей среде (грязная вода, нефть), так как в этом случае можно подобрать подходящий уплотнитель.
5. Поворотный или лепестковый клапан представляет собой конструкцию из пластин-лепестков, установленных на шарнирах, открывающихся во время прямого потока жидкости и закрывающихся при обратном направлении. В этом случае нет пружин, собирающих минеральные отложения.

В бытовых условиях чаще всего устанавливают подъемные виды клапанов. Это обусловлено простотой ремонта: в них просто надо заменить пружину.

Способы монтажа

Чтобы определить, какой выбрать клапан, также нужно обратить внимание на способ установки. Следует определить, подходит ли он для определенной отопительной или водопроводной системы:

1. Межфланцевые устройства монтируются между фланцами. Имеют маленький размер и недорогую стоимость.
2. Фланцевые запорные механизмы. Монтируются с помощью специальных крепежей в форме дисков. Как правило, изготавливаются шаровыми. Благодаря надежности могут использоваться даже для труб большого сечения. Делаются из высокопрочной стали.
3. Сварные конструкции делаются из стали. Имеют абсолютную герметичность соединения. Из недостатков — невозможность ремонта, сложность установки и демонтажа. Чаще всего применяются в энергетике.
4. Муфтовые запоры крепятся с помощью резьбы, поэтому просты в установке. В основном изготавливаются дисковыми. Их обычно устанавливают для водопроводов частных домов.

Герметичность корпусных элементов во всех моделях обеспечивается с помощью уплотнителей, которые находятся на участках соединения.

Технология установки

Прежде чем установить обратный клапан на воду, нужно определить месторасположение врезки, а также технологию, которая отличается для различных систем.

Для колодца или скважины, в которых установлена дренажная или вакуумная помпа, защитный клапан крепится на выходе: это позволяет избежать слива жидкости.

Для поверхностных насосов запорные элементы устанавливаются одновременно в нескольких участках — перед гидравлическим аккумулятором и непосредственно на подающем шланге.

Предохранительный клапан для насосной подстанции устанавливается в систему после храповика на всасывающей трубе. В некоторых случаях, при очень сильном давлении, возможна и врезка перед подстанцией.

В системах канализации запорными механизмами лучше всего оборудовать весь санузел — унитаз, кухонную раковину, душевую кабинку.

Технология монтажа клапана обратного давления воды бывает:

1. Фланцевой — используется для центральных систем водоснабжения и промышленных водопроводов. Фланцы крепятся на болтовых соединениях, между которыми устанавливают уплотнители. Современной разработкой являются регулируемые мембранные модели с электрическим приводом, которые управляются с помощью соленоида — катушки на электромагнитной индукции. В пищевой и медицинской сфере распространены пневматические механизмы.
2. Муфтовой — клапаны устанавливают с помощью сварки или резьбовым способом. Для бытового использования лучше выбирать резьбу. Это облегчает процесс обслуживания, а для герметизации используется фум-лента или водостойкий герметик.

Технология выбирается с учетом целей эксплуатации запорного клапана. Также нужно не забывать, что предохранительный механизм можно установить горизонтально или вертикально: это зависит от вида системы, куда он монтируется.

Особенности крепления своими руками

Чтобы обратный защитный клапан исправно работал, необходимо не только грамотно подобрать конструкцию с учетом сечения водопроводных труб, материала изготовления и способа установки, но и со всей ответственностью подойти к его монтажу. Есть несколько рекомендаций, которые помогут в установке запорной арматуры:

1. Монтировать предохранительный механизм необходимо по ходу циркуляции воды. На корпусе устройства всегда находится соответствующая стрелка, которая показывает нужное направление.
2. Необходимо обеспечить доступ к конструкции для технического обслуживания при поломке. Исключение могут составлять лишь элементы, которые приварены сваркой.
3. Монтаж клапана на насос выполняется или в начале всасывающей трубы, или непосредственно перед помпой.
4. Во время установки устройства на бойлер необходимо отсоединить его от электросети, перекрыть подачу воды и опустошить емкость.
5. Если защитный механизм ставится на счетчик расхода воды, его нужно установить между вентилем и самим прибором.
6. В магистрали подачи холодной и горячей воды давление отличается, поэтому желательно на каждый трубопровод поставить отдельный клапан. В противном случае начнутся сбои температуры воды.
7. Чтобы соединения были герметичными, можно воспользоваться паронитовыми уплотнителями. Но необходимо проследить за тем, чтобы они не уменьшили диаметр отверстия трубы, иначе это увеличит давление.
8. Чтобы запорный механизм не испортился из-за некачественной воды, желательно установить перед ним фильтр очистки. Это повысит срок эксплуатации клапана.
9. Необходимо исключить чрезмерное давление любых элементов системы на корпус предохранительного клапана.

Внимание: Сегодня на рынке сантехники существует много подделок на популярные бренды. Поэтому во время приобретения требуемого клапана необходимо обращаться только к надежному продавцу с хорошей репутацией.

Установка запорных механизмов позволит избежать аварийных ситуаций в отопительных и водопроводных системах, положительно отразится на работе насосов, исключит заполнение трубопровода воздухом. Но чтобы выполнить монтаж предохранительного клапана быстро и легко, нужно предварительно продумать расположение устройства, а также подготовить требуемые инструменты для установки.

https://www.syl.ru/article/520512/2023-prujinnyie-predohranitelnyie-klapanyi-ustroystvo-i-printsip-deystviya