Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны используют в гидравлических и пневматических системах для ограничения давления на заранее заданной величине.
Предохранительные клапаны обычно устанавливаются в напорную линию параллельно. В случае достижения давления настройки предохранительный клапан открывается и пропуская поток (или часть потока) из напорной линии в сливную.
Предохранительные клапаны применяют в системах, гидропривода, пневмопривода, отопления, водоснабжения, газоснабжения, паровых установках. Различные конструкции клапанов спроектированы для работы с маслом, паром, воздухом и другими газами. Приобрести подходящие предохранительные клапаны для работы с паром можно на сайте компании ООО «Паровые системы», посмотреть ассортимент продукции можно здесь.
Принцип работы предохранительного клапана
На рисунке показан предохранительный клапан седельного типа.
Основными элементами предохранительного клапана являются:
- корпус;
- пружина;
- запорно-регулирующий элемент;
- седло.
В исходом состоянии усилие Fпр пружины 2 прижимает запорно-регулирующий элемент (конус) 3 к седлу 4. Напорная линия отделена от сливной.
В случае если сила Fг давления потока на запорно-регулирующий элемент превысит силу Fпр, конус сместится вверх, пропуская поток из напорной линии в сливную.
При отсутствии давления в линии слива величина усилия Fг определяется по формуле:
Где А — площадь уплотняемой поверхности.
Регулировка давления настройки предохранительного клапана осуществляется путем изменения предварительного поджатия пружины.
Предохранительные клапаны прямого действия
В клапанах прямого действия на запорно-регулирующий элемент с одной стороны действует усилие пружины, с противоположной — сила давления жидкости.
Пружину в таких клапанах называют силовой, т.к. именно она оказывает силовое воздействие, удерживающее запорно-регулирующий элемент до момента открытия.
Предохранительный клапан седельного типа, рассмотренный ранее, является примером клапана прямого действия. К этому же типу относят клапаны золотникового типа.
В исходном состоянии золотник 3, установленный в корпусе 1, перекрывает каналы в напорной и сливной линиях. При увеличении силы давления до величины превышающей усилие пружины 2, золотник будет перемещаться вверх, открывая канал для прохода потока из напорной линии в сливную.
Характеристика клапана прямого действия
Характеристика предохранительного клапана прямого действия имеет достаточно большой подъем.
Клапаны прямого действия склонны к автоколебаниям. При больших расходах и высоких давлениях размеры пружины должны быть очень большими.
Устройство демпфирования
На работу предохранительного клапана влияют не только статические, но и динамические нагрузки.
Для снижения негативного влияния автоколебаний подпружиненного запорно-регулирующего элемента в предохранительных клапанах прямого действия используют устройства демпфирования.
Наиболее распространенным устройством демпфирования является — демпфирующий поршень, который жестко связан с запорно-регулирующим элементом.
Для демпфирования в поршне может быть выполнен узкий канал или снята лыска, как в примере показанном на рисунке.
Во время движения поршня жидкость движется в малом зазоре. При этом возникает демпфирующее усилие направленное в сторону противоположную движению поршня.
В конструкции большинства современных гидравлических предохранительных клапанов прямого действия присутствует демпфирующий поршень.
Предохранительные клапаны непрямого действия
При увеличении расхода через предохранительный клапан необходимо увеличивать и диаметры подводных каналов и запорно-регулирующего элемента. Вследствие увеличения площади уплотняемой поверхности потребуется и увеличение усилия поджатия пружины, а значит и увеличение самой пружины.
Для обеспечения относительно небольших габаритов клапана при больших значениях расхода используют предохранительные клапаны непрямого действия, состоящие из основного и управляющего клапана.
Клапан управления представляет собой классический предохранительный клапан прямого действия. Этот клапан способен пропустить лишь небольшой расход. Однако при его открытии за счет возникшего перепада давления на постоянном дросселе 6 запорно-регулирующий элемент 5 переместится вверх соединив напорную линию со сливом.
Пружина 4 в этом клапане мягкая, она предназначена для возвращения запорно-регулирующего элемента в исходное состояние.
Настройка клапана осуществляется регулировочным винтом 1, который позволяет изменить предварительное поджатие силовой пружины 2.
Характеристика клапана непрямого действия
Характеристика предохранительного клапана непрямого действия более пологая, клапан этой конструкции имеет меньшие габариты, чем аналогичный клапан прямого действия.
Предохранительные клапаны, как средства для защиты от повышения давления в трубопроводных системах
Разделяют пружинные и рычажно-механические предохранительные клапаны. Их различие заключается уравновешивающим механизмом: в первом случае – это сила давления пружины, а во втором – вес груза. И в первом, и во втором случае усилие рабочего органа подбирается с тем условием, чтобы при нормальном давлении среды золотник, через который происходит выпуск излишнего давления в системе, прижимался к седлу, а при увеличении рабочего давления на 10-15 % он отходил вверх.
Пружинные клапаны
Пружинные клапаны выпускаются в двух исполнениях: малоподъемные и полноподъемные. В первом случае высота подъема составляет не более 1/20 диаметра седла, а во втором – более ¼.
Малоподъемный пружинный стальной клапан используют на паропроводах и газопроводах с давлением не более 0,6 МПа. Оно состоит из корпуса, нижний штуцер которого является соединительным элементом между трубопроводом и клапаном. Через боковой штуцер происходит сброс среды при превышении давления. Пружина, которая отрегулирована в зависимости от давления, прижимает рабочий орган – золотник к седлу. Регулировка пружины осуществляется за счет втулки, вкрученной в верхнюю крышку корпуса. Колпак сверху предохраняет втулку от механических ударов. Здесь же имеется ушко для произведения пломбировки, исключающей самовольное вмешательство в настройку клапана.
Пружинные клапаны производят из углеродистой и нержавеющей сталей. Для первых рабочее давление находится в пределах 0,1-70 МПа, а для вторых – от 0,25 до 2,3 МПа.
Рычажно-грузовые клапаны
Рычажно-грузовые клапаны так же, как и пружинные монтируются на арматуре и трубопроводах с помощью штуцера. Отличительная особенность этих клапанов – отсутствие сальникового уплотнения в месте выхода шпинделя из корпуса. Из-за того, что полная герметичность не обеспечивается, не допускается установка рычажно-грузовых клапанов на трубопроводах, транспортирующих взрыво- и огнеопасные среды. Прижатие золотника к седлу обеспечивается за счет веса грузов, количество которых подбирается с учетом обеспечения сброса давления при определенном значении. Кроме количественной регулировки, имеется возможность передвижения грузов по длине рычага, что позволяет произвести более точную настройку работы клапана. Для предотвращения несанкционированного вмешательства в работу клапана, он накрывается кожухом и пломбируется.
На практике нашли применение, как однорычажные, так и двухрычажные клапаны. В корпусе двухрычажных клапанов находится два золотника, каждый из которых соединен с отдельным рычагом, штоком и системой грузов.
Корпуса рычажно-грузовых клапанов изготавливают из чугуна и стали. Чугунные рассчитаны на давление до 1,6 МПа, а стальные – до 2,5.
Особенности выбора и монтажа клапанов
Процесс выбора клапана основывается на следующих принципах:
- Пружинные клапаны обладают меньшими размерами, поэтому именно их выбирают при имеющихся затруднениях, связанных со свободным местом.
- Особенности эксплуатации клапанов определяют наличие вибраций, которые могут выводить устройства из строя. Рычажно-грузовые клапаны более подвержены этому воздействию из-за наличия длинного рычага с грузом и шарнирных соединений.
- В зависимости от рычажно-грузовой конструкции, пружина имеет способность изменять усилие давления с течением времени. Объясняется это тем, что при частом подъеме золотника изменяется структура металла.
При наличии достаточного места, чаще всего выбор падает на клапана рычажно-грузового действия. Однако следует учитывать, что эти клапана устанавливаются в строго горизонтальном положении, в отличие от пружинных.
Перед предохранительным клапаном не допускается установка любой запорной арматуры.
Сбрасываемая среда может отводиться либо непосредственно в атмосферу, либо в специальное устройство. А вот внутренний диаметр сбросного патрубка должен быть достаточным для исключения случаев противодавления.
В качестве альтернативного устройства нашли применение предохранительные мембраны, разрыв которых происходит при превышении контролируемого давления на 20-25 %. Преимуществом этих устройств является полная герметичность, надежность и простота. К недостаткам можно отнести принцип одноразового использования.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Кроме того, интересно почитать:
- Преимущества новых технологий очистки трубопроводных систем и теплообменников
- Проблемы эксплуатации газогенераторных перекачивающих агрегатов
- Проблемы проектирования подводных газопроводных переходов
- Вопросы эксплуатации газогенераторных перекачивающих агрегатов
- Проблемы промышленной безопасности российской газораспределительной сети
- Газопровод, как основной источник аварий, происходящих на компрессорных станциях
- Методы обеспечения высокого уровня качества в нефтегазовом производстве
- Основные достоинства и недостатки методов по оценки прочности металлических труб и трубопроводов различной функциональности
- Причины возникновения повреждений и дефектов газоотводящих труб
- Особенности ремонта газотурбинных газоперекачивающих агрегатов
- Контроль качества труб и соединительных элементов ОАО «Газпром»
- Применение пневматического барьера в качестве метода локализации разливов нефти
Предохранительный клапан сброса давления: назначение, виды, конструкция, плюсы
Предохранительный клапан представляет собой специальное изделие, используемое для защиты трубопроводной системы, оборудования и ее элементов от механического разрушения из-за воздействия чрезмерного давления рабочей среды.
Повышение давления рабочей среды в трубопроводе вызвано несколькими внутренними и внешними причинами. Вот некоторые из них:
- Увеличение скорости потока рабочей среды, которое возникает из-за резкого открывания или закрывания вентилей;
- Нагреваниетрубопровода от наружных источников тепловой энергии;
- Включение или отключение насосов может повлечь резкое изменение давления в трубопроводе;
- Нарушение правильного использования оборудования в системе, сбои в его работе.
- Неграмотное подключение элементов при монтаже системы;
- Механическое повреждение труб и т. п.
Принцип действия предохранительного клапана
Предохранительные клапаны имеют различную конструкцию и применяются в системах трубопроводов, транспортирующих:
- холодную и горячую воду, пар;
- нефть и нефтепродукты;
- газ и жидкости с разными химическими свойствами.
Благодаря своим конструктивным особенностям предохранительные клапаны применяются в различных сферах промышленности:
- жилищно-коммунальной;
- газовой;
- нефтеперерабатывающей;
- химической и во многих других инженерных коммуникациях.
Предохранительные клапаны — это элементы трубопроводной предохранительной арматуры, применяющиеся в трубопроводных системах, для защиты от перегрузок давления рабочей среды. Принцип работы таких устройств не очень сложный. При повышении давления потока транспортируемой среды клапан сбрасывает излишки рабочей среды в дренажную систему или атмосферу. После того как давления нормализуется устройство автоматически возвращается в исходное положение и сброс прекращается. Достигается это благодаря наличию пружины в предохранительном клапане.
В нормальном состоянии предохранительного клапана запорный элемент прижат к седлу пружиной. По мере роста давления рабочей среды, пружина под воздействием силы этого давления начинает сжиматься тем самым отодвигая от седла запорный элемент. Через освобожденный проход в отдельный патрубок отводятся излишки рабочей среды. По мере уменьшения давления, пружина разжимается и подводит запорный элемент обратно к седлу клапана.
Классификация предохранительных клапанов
В зависимости от конструкции предохранительные клапаны разделяют на следующие типы:
- пружинные;
- рычажно-грузовые;
- магнито-пружинные.
Пружинные предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны с пружинной конструкцией наиболее распространены во всех трубопроводных системах. Работают они по принципу описанному выше. Такие устройства имеют возможность настраивать степень предварительного сжатия пружины. Такая настройка производится при помощи регулировочного винта.
Для периодичной проверки работоспособности таких клапанов, они зачастую оснащаются рычагом принудительного ручного открытия затвора. Устройства, работающие в опасных и вредных для здоровья средах, функциями ручной продувки клапана не оснащаются. Все элементы клапана (пружина седло, шток, затвор), работающего с агрессивными средами, покрываются специальными антикоррозийными покрытиями.
Рычажно-грузовые предохранительные клапаны
Такие клапаны используются в неподвижных системах. Монтаж рычажно-грузовых клапанов производится в положении относительно горизонта, которое строго определено изготовителем. Не допускается применять эти клапаны на транспортных средствах и других подвижных объектах.
Принцип работы рычажно-грузовых клапанов отличается от пружинных.
Основными элементами являются: запорный элемент (тарелка), рычаг и груз прикрепленный на одном конце этого рычага. Вес груза, под действием земного притяжения преобразуется в силу, которая через рычаг и шток передается на запорный элемент и противодействует силе, создаваемой давлением рабочей среды.
В случае, когда прижимная сила затвора больше силы давления рабочей среды клапан находится в закрытом состоянии. При повышении давления среды, прижимная сила в какой — то момент становится меньше силы давления и запорный элемент смещается. Клапан открывается и происходит забор лишней рабочей среды, в результате чего давление в системе падает. После нормализации давления клапан закрывается.
Настройка рычажно-грузового клапана происходит двумя способами:
- Уменьшением или увеличением массы груза – количественная регулировка.
- Перемещение груза по рычагу. Чем дальше от корпуса груз, тем большее давление необходимо для срабатывание клапана.
При больших рабочих давлениях в системе значительно увеличиваются габариты рычагов и грузов клапанов.
Магнито-пружинные предохранительные клапаны
Магнито-пружинные устройства работают по принципу непрямого действия. Т.е. запорный элемент приводится в действие не механическим способом, как в клапанах рассмотренных ранее, а электромагнитным соленоидом.
В закрытом положении клапана подается напряжение на электромагнит и он прижимает затвор к седлу. При повышении давления в системе и достижения его значения порогового уровня автоматика отключает напряжение соленоида и рабочая среда отжимает запорный элемент. Клапан открывается.
В другой конструкции клапан находится в закрытом положении под действием пружины, которая давит на запорный элемент. При достижении порогового значения давления рабочей среды, автоматика подает напряжение на электромагнитный соленоид, который в свою очередь поднимает затвор и открывает клапан.
Также есть конструкция магнито-пружинного предохранительного клапана в которой электромагнит работает как на закрытие, так и на открытие клапана. В зависимости от полярности приложенного напряжения, соленоид может прижимать затвор к седлу или поднимать его.
Настройка порогового значения давления для срабатывания клапана, осуществляется на аппаратуре автоматики без физического доступа к арматуре. Такие устройства стоят гораздо дороже своих механических аналогов прямого действия. Но, они достаточно востребованы в довольно сложных системах, где необходимо наличие управляющей автоматики.
Монтаж трубопроводной арматуры в сетях водоснабжения, нефте-газовых магистралях и т.д. предназначен для осуществления бесперебойной, безаварийной и высокоэффективной работы всей системы.
Предохранительные клапана относятся к регулирующей арматуре и при помощи контроля и управления давлением в системе, не давая ему подняться выше безопасного уровня они с успехом выполняют возложенную на них задачу по поддержанию безаварийной работы трубопроводных систем.
Источник https://hydro-pnevmo.ru/topic.php?ID=49
Источник https://1cert.ru/stati/predokhranitelnye-klapany-kak-sredstva-dlya-zashchity-ot-povysheniya-davleniya-v-truboprovodnykh-sistemakh
Источник https://armstroy-nn.ru/useful_info/article/predokhranitelnyy-klapan-sbrosa-davleniya-naznachenie-vidy-konstruktsiya-plyusy/
