Запорно-регулирующая арматура используется для контроля потока среды на объектах промышленного производства, и бытовых системах жизнедеятельности. Магистральные трубопроводы , месторождения нефти и газа и заводы по их переработке , сталеплавильные и химические предприятия, очистные сооружения и городской водопровод – вот лишь небольшая часть предприятий, где требуется огромное количество запорно-регулирующей арматуры.

Существует множество типов и модификаций запорно-регулирующей арматуры . Мы рассмотрим принцип действия наиболее распространенных типов изделий, таких как шаровые краны, дисковые поворотные затворы , шиберные задвижки , запорные клапаны и мембранные клапаны.

Принцип действия всех вышеперечисленных типов запорной арматуры примерно одинаков. Все эти устройства либо ограничивают поток среды (воздуха, жидкостей, пара, газа, сыпучих тел), либо полностью перекрывает его. Различаются лишь элементы конструкции типов запорной арматуры, (мембрана, диск, шар) с помощью которых и происходит перекрытие потока.

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.

В положении "открыто"
Шаг 1
Шаг 2
В положении "закрыто"

Дисковый поворотный затвор регулирует поток при помощи специального элемента – диска, закреплённого на валу, и поворачивающегося вокруг своей оси. Также, как и шаровый кран, дисковый затвор способен осуществить перекрытие за достаточно короткое время, так как диск осуществляет такой же оборот на 90 °, из-за чего этот затвор называют также четверть-оборотным.

В зависимости от положения диска и вала относительно корпуса, дисковые затворы могут быть трехэксцентриковыми и двухэксцентриковыми . Затвор со смещенным эксцентриситетом означает, что ось диска смещена относительно геометрической оси корпуса, что обеспечивает более плотное прилегание диска к уплотнению затвора, а следовательно – исключает протечки.

Дисковые поворотные затворы характеризуются простотой конструкции, легкостью веса, и компактными размерами. Но материалы, используемые при производстве затворов, могут ограничить их применение при очень высоких температурах, или крайне агрессивных средах. В основном это касается уплотнений затвора, изготовляемых из полимерных материалов.

В положении "открыто"
Шаг 1
Шаг 2
В положении "Закрыто"

Запорно-регулирующий клапан подходит для использования на различных технологических объектах, исключая лишь трубопроводы больших диаметров , для контроля и регуляции потока среды.

Принцип действия клапанов не сильно отличается от принципа действия прочей запорно-регулирующей арматуры. Достоинства этих клапанов состоят в малом ходе затвора для полного открытия, соответственно такой клапан обычно имеет малые габариты и приемлемую массу. Также клапан обладает высокой герметичностью, и отсутствием трения уплотнения затвора о седло, что значительно сокращает их износ.

Недостатки подобного типа клапанов заключаются в сильном гидравлическом сопротивлении, и, соответственно, в больших потерях энергии, ограничении максимального диаметра трубопроводов, на которые их можно установить, а также в существовании застойных зон (по причине S-образного внутреннего сечения), где могут накапливаться примеси и мусор.

В положении "открыто"
Шаг 1
Шаг 2
В положении "закрыто"

Конструкция шиберной задвижки напоминает шлюз - поток регулируется путем его разделения при помощи металлической пластины – шибера. Шиберная задвижка – одно из наиболее простых приспособлений для регуляции потока.

Шиберные задвижки, в зависимости от конструкции запирающего элемента могут быть межфланцевыми, двусторонними и ножевыми.

К достоинствам шиберной задвижки следует отнести то, что этот тип задвижек в открытом состоянии не содержит никаких элементов, препятствующих потоку.

В положении "открыто"
Шаг 1
Шаг 2
В положении "закрыто"

Мембранные клапаны используют в качестве запорного элемента гибкую мембрану (диафрагму) метод «щипать», чтобы остановить поток клапана, используя гибкую мембрану.

Одним из преимуществ мембранного клапана является то, что компоненты самого клапана отделены от потока среды, что в случае агрессивных сред увеличивает срок службы клапана, при условии регулярного обслуживания и своевременной замены мембраны.

Эти типы клапанов, как правило, не подходит для агрессивных сред, и сред с высокими температурами, в основном, они применяются для водопроводных систем.

Ниже представлено видео, в котором наглядно показан принцип работы трехэксцентрикового дискового затвора

Регулирующие клапаны – разновидность запорной арматуры. Она предназначена для управления потоком газообразной или жидкой среды, которая транспортируется по трубопроводу во всевозможных технологических системах.

1. Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны – главные параметры

Регулирующие клапаны. Главные разновидности

В России традиционно их делят на следующие виды:

Регулирующие
Регулирующие проходные клапаны широкого и активно используются для постоянной корректировки расхода рабочей среды от минимального до максимального уровня (регулировка идет с помощью перекрытия условного прохода). В первом случае клапан полностью закрыт, а во втором целиком открыт, обеспечивая беспрепятственный проток жидкой или газообразной среды и соответственно наибольшую подачу.

Запорные
Запорные клапаны (иногда еще их называют отсечными) регулировку потоком ведут дискретно, обеспечивая свободный проход для жидкости (газа) либо его перекрытие, имея фактически два положения. Вместе с этим в закрытом положении запорные клапаны допускают небольшие по величине протечки, то нельзя говорить о полной герметичности подобного соединения и при необходимости в систему устанавливают иное запорное оборудование либо использовать другие решения при проектировании. Если же технологический процесс допускает наличие небольших протечек или, например, перекрытие идет кратковременно, то применение системы на регулирующих клапанах подобного типа вполне допустимо.

Запорно-регулирующие
Запорно-регулирующие клапаны занимают промежуточное положение между первыми двумя типами, сочетая в себе преимущество первых и вторых, что делает их достаточно универсальными.

Интересно, что в западных странах все регулирующие клапаны делят на 6 классов таким образом, что чем выше его номер, тем ниже уровень протечки во время эксплуатации в закрытом положении. Последние 3 по традиционной российской классификации относят к запорным или запорно-регулирующим клапанам. Для упрощения подбора зарубежные производители при поставке продукции на российский рынок издают специальные рекомендации по выбору моделей, где приводятся взаимозаменяемые аналоги, что обеспечивает возможность выполнения необходимых условий по степени герметичности.

Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны. Главные параметры

Главной характеристикой арматуры остается условный диаметр его прохода. Он равен внутреннему у входного и выходного патрубков (иногда эти размеры могут быть неравными между собой). Каждому из величин этого условного диаметра соответствует определенный уровень наибольшего возможного расхода транспортируемой жидкости (также этот параметр в значительной степени зависит от плотности рабочей среды, перепада уровня давления и некоторых иных параметров).

Для упрощения сравнения отдельных моделей и проведения технического расчета на стадии проектирования применяют термин условной пропускной способности. Он подразумевает объем воды в стандартных условиях (температура 20 градусов и перепад 0,1 Мпа), который проходит через клапан в открытом положении.

Основные конструктивные особенности

Регулируемый клапан делят на 3 основных части:

• дроссельный узел;
• корпус клапана;
• привод.

Первый размещается внутри самого корпуса клапана. Регулирующий элемент состоит, включает седло и плунжер, которые непосредственно присоединяется ко штоку. Само же седло может иметь несколько вариантов исполнения с конструктивной точки зрения (вкручиваться в сам корпус, быть единым с ним или прижиматься втулкой).

Плунжер двигается вдоль направляющей, которая расположена в крышке, а для уплотнения между последней и корпусом устанавливается прокладка. Непосредственно шток клапана выведен наружу сквозь специальный сальниковый узел, который собой представляет несколько подпружиненных фторопластовых колец. На крышке самого клапана монтируется ручной, электрический, пневматический или любой иной привод. Последний объединяется со штоком клапана, а если используется привод неручного типа, то это позволяет легко включить регулирующий орган в автоматическую систему и управлять его работой в удаленном формате.

Дроссельный узел представляет собой главный регулирующий орган и запорный элемент всей системы. Именно он обеспечивает корректировку проходного сечения и параметров пропуска рабочей среды.

Конкретные же комбинации втулка-плунжер-седло определяются следующими условиями использования:

• вид регулируемой среды;
• температура;
• уровень давление;
• вязкость;
• величина пропускной способности;
• наличие посторонних твердых примесей и так далее.

Направление тока жидкости.

В подавляющем большинстве случаев для нормальной работы запорно-регулирующих клапанов огромную роль играет правильность направления подачи жидкой рабочей среды. Оно определяется по стрелке, нанесенной на корпус. Если жидкость или газ подаются в клапан таким образом, что рабочая среда подается к плунжеру с нижней части, то подобное направление иначе еще называют «под затвор». В противном случае подачу на запорные и запорно-регулирующие клапаны часто называют «на затвор».

Таблица 1. Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны. Основные технические характеристики

Таблица 2. Условная пропускная способность регулирующих клапанов

Регулируемые клапаны. Исполнительные механизмы (ИМ)

Привод запорной арматуры с ИМ предназначен для преобразования исходного управляющего сигнала непосредственно в перемещение привода вместе со штоком используемого запорного органа. В качестве последнего может выступать задвижка, дисковая заслонка, шаровый или иной элемент.

В зависимости от принципа действия и вида энергии, требуемой для придания необходимого усилия, исполнительные механизмы для существующих регулирующих и запорных клапанов делят на следующие группы:

• пневматические;
• электрические;
• гидравлические;
• комбинированные;
• ручные.

Пневматический исполнительный механизм

ИМ на основе сжатого воздуха, устанавливаемые на запорно-регулирующие клапаны, достаточно активно применяются в российских условиях. Связано это с традициями, так как подавляющее большинство систем промышленной автоматизации еще 50-60 лет назад базировались на использовании сжатого воздуха. Вместе с этим подобный регулирующий орган имеет высокую надежность и возможность ремонта, хотя на фоне современных систем на базе микропроцессоров выглядят несколько устаревшими. Кроме этого пневматические системы регулируемого потока достаточно габаритны и требуют установки для подготовки сжатого воздуха. Одновременно отсутствие в системе даже теоретической вероятности появления искры позволяет применять подобное оборудование во взрывоопасных помещениях и запыленных цехах.

В зависимости от типа привода все пневматические исполнительные механизмы делят на следующие группы:

• мембранные;
• поршневые;
• поворотные;
• вращающиеся.

Мембранные приводы

Принципиальная схема мембранного исполнительного механизма.

1 - регулирующий орган; 2 - шток; 3 - пружина; 4 - мембрана; 5 - сальник

Движение выходного штока, который соединен с регулируемой арматурой, идет с помощью силы, созданной давлением, а возврат идет за счет повышения усилия пружины. Управляющий сигнал поступает в герметичную головку, где расположена мембрана с жесткой центральной частью. В результате действия давления сжатого воздуха возникает усилие на мембрану, которое выравнивается пружиной. В итоге суммарный ход штока напрямую определяется величиной давления управления. Общая жесткость и предварительное сжатие пружины формируют конкретный диапазон усилий с номинальным ходом.

Поставляются на рынок мембранные ИМ регулирующего потока вместе с клапаном. Особенность механизма в автоматическом движении мембраны в вертикальном направлении, поэтому в зависимости от конструкции клапаны делят на нормально закрытые (НЗ) и нормально открытые (НО).

Большим преимуществом мембранных исполнительных механизмов для регулируемых клапанов остается близость к линейным характеристикам, что делает более точной корректировку расхода рабочей среды. Вместе с этим в районе наибольшего значения давления они имеют зону гистерезиса, находящуюся в пределах 2-15%. Конкретная величина последнего параметра зависит от эффективной площади самой мембраны, параметрами пружины и перепадом давления. Для сокращения подобной зоны на ИМ клапана монтируют дополнительный усилитель мощности (позиционер), который может работать по схеме компенсации сил или перемещения.

Если планируется управление клапаном с помощью электросигнала, то на мембранные исполнительные механизмы монтируют специальные позиционеры, которые преобразуют полученный сигнал в импульс управляющего воздуха.

Поршневые пневматические приводы - подобные приводы на регулируемые клапаны устанавливают в тех случаях, когда необходимо обеспечить линейных ход штока в пределах 300 мм. Для роста общей точности и повышения реальных динамических характеристик используют также позиционеры (в этом случае сам поршневой привод называют следящим).

С конструктивной точки зрения весь механизм представляет собой цилиндр, который установлен на кронштейне и расположен поршень со штоком. Движение ему передается от привода, и пружины, которые ориентируются относительно поршня специальным образом. Внутренняя поверхность цилиндра для повышения срока эксплуатации имеет специальное покрытие для уменьшения трения.

Во время работы входной сигнал от системы управления поступает непосредственно на привод, который оказывает воздействие на поршень клапана. Одновременно пружины создают противодействие повышению давления со стороны сжатого воздуха, поэтому общее перемещение штока определяется уровнем жесткости установленных пружин.

Таблица 4. Главные параметры поршневого пневматического привода

Привод используется для управления трубопроводной арматурой в случаях, когда для действия на шток необходимо приложение вращающего момента. Фактически, подобные систему можно рассматривать как один из подтипов поршневого пневматического вида, так как в качестве силового элемента выступает лепесток, который перемещается под подаваемым сжатым возlухом в специальной изолированной камере. Движение своеобразного поршня непосредственно передается приводному валу запорного элемента и обеспечивает ему необходимое положение.

Дополнительно привод может комплектоваться блоками, которые обеспечивают дискретное или аналоговое управление запорно-регулирующей арматурой, имеют сигнализацию актуального положения исходного вала. На рынке также есть блоки во взрывозащитном исполнении, что позволяет их устанавливать в пыльных и иных помещениях.

Основные характеристики поворотного привода пневматического ИП указаны в следующей таблице:

Таблица 5. Основные технические характеристики поворотных пневмоприводов типа ППР

Дополнительно

Иные виды исполнительных механизмов

Исполнительные механизмы электрические предусматривают управление всей системой с использованием специальных приводов или мотор-редукторов. Их удобство в возможности управления на большом удалении, что удобно для протяженных систем и минимальных расходах при обустройстве.

Гидравлические исполнительные механизмы аналогичны по принципу действия пневматическим, но отличием здесь будет использование в качестве рабочей среды жидкости. Последнее неудобно из-за необходимости обеспечить должную герметичность, приобретать гидростанции и другое оборудование.

Регулировочный клапан – разновидность трубопроводной арматуры, предназначенная для непрерывного либо дискретного изменения давления транспортируемой рабочей среды посредством уменьшения своего проходного сечения.

В данной статье рассмотрены конструктивные особенности и принцип действия регулировочных клапанов. Вы узнаете их разновидности, маркировку и способы монтажа на несущий трубопровод.

Cодержание статьи

Классификация и сфера применения клапанов

Регулирующий клапан является наиболее распространенным типом арматуры для изменения давления циркулирующей по трубопроводу среды. Такие конструкции используются в промышленных и бытовых системах водоснабжения, газоснабжения и магистралях дли транспортировки нефти и газа.

В зависимости от формы корпуса клапаны делятся на следующие типы:

• проходные – не меняют направление движения рабочей среды, монтируются на прямых участках трубопровода;
• угловые – изменяют направление трубопровода на 90 0 ;
• – корпус укомплектован тремя патрубками (2 – входные, 1 – подающий), используются для смешивания двух видов рабочей среды в один поток.

Также классификация выполняется по способу фиксации клапанов на трубопроводе, согласно которому арматура может быть приварной, фланцевой, муфтовой либо штуцерной . В бытовой эксплуатации наиболее распространены муфтовые конструкции, стыкующиеся с трубами посредством резьбового соединения, в промышленности – фланцевая (соединяется болтами и гайками через специальную закладную пластину) и приварная арматура.

Особенности конструкции и принцип действия

В качестве примера рассмотрим клапан регулирующий фланцевый проходного типа, конструкция которого приведена на изображении.

На схеме представлены следующие узлы компоновки:

• В – корпус клапана;
• F – фланцы, посредством которых арматура фиксируется на трубопроводе;
• Р – уплотнительный блок, обеспечивающий герметичность клапана и предотвращающий выход транспортируемой среды за пределы его корпуса;
• S – шток, соединяющий привод арматуры с затворным механизмом;
• Т – плунжер, выступающий в качестве запорного узла;
• V – пропускное отверстие (седло), в которое при регулировке давления входит запорный плунжер.

Принцип работы арматуры достаточно прост – шток передает исходящее от привода усилие на плунжер, который опускается и изменяет сечение пропускного отверстия, вследствие чего уменьшается объем проходящей через клапан жидкости либо газа. Это приводит к падению уровня давления в трубопроводе и росту скорости перемещения рабочей среды. Если плунжер полностью перекрывает пропускное отверстие давление в системе стает нулевым, при условии полной герметичности контактирующих узлов.

Особенности использования регулирующих клапанов (видео)

Разновидности регулирующей клапанов

В зависимости от конструкции регулирующих органов, арматура разделяется на:

• седельную;
• клеточную;
• мембранную;
• золотниковую.

Седельный клапан, в свою очередь, может иметь 1 либо 2 седла. Односедельная арматура имеет одно пропускное отверстия, такие конструкции устанавливаются на трубопроводы малых диаметров (до 150 мм). 2-ух седельный клапан имеет преимущество в плане уравновешенного плунжера, он может эксплуатироваться в системах с давлением до 6.5 МПа и диаметром до 300 мм . Запорный плунжер может выполняться в стержневой, тарельчатой либо .

В арматуре клеточного типа затвор имеет форму полого цилиндра, перемещающегося внутри отверстия – клетки, которая одновременно выступает в качестве направляющего устройства и пропускного узла. Сам цилиндр обладает радиальной перфорацией, за счет которой выполняется в трубопроводе. Особенности конструкции клеточной арматуры обеспечивают минимальный уровень шума и вибрации при работе клапана.

В отличие от седельных и клеточных клапанов, которые могут комплектоваться ручным приводом, мембранная арматура выпускается исключительно с либо гидро-приводами. Затвором в ней служит эластичная резиновая мембрана (реже – мембрана из фторопласта). Привод может быть вынесенным либо встроенным.

Поскольку гибкость мембраны может ставать причиной погрешностей в регулировке давления, клапан комплектуется дополнительным узлом – позиционером, контролирующим пространственное положение соединяющего мембрану с приводом штока. К преимуществам мембранных конструкций относится устойчивость резинового затвора к химически агрессивным средам и коррозии, что позволяет использовать такую арматуру на трубопроводах химической промышленности и транспортирующих нефтепродукты линиях.

Золотниковый клапан регулирует уровень давления рабочей среды за счет поворота затвора (золотника) на определенный угол, что приводит к частичному открытию либо закрытию пропускного отверстия. По принципу действия такая арматура схожа с , чаще всего она применяется в энергетической промышленности.

Преимуществом золотниковой арматуры является необходимость прикладывания минимальных усилий при управлении клапаном, поскольку давление жидкости в пропускном отверстии практически не оказывает сопротивление на перемещение запорного элемента. Однако такие конструкции не способы обеспечить полную герметичность отсечения рабочей среды при закрытии седла, поэтому они практически не применяются на трубопроводах с высоким давлением.

Маркировка

Технические требования к регулирующей арматуре приведены в нормативном документе ГОСТ №12893 “Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные”. Согласно положениям ГОСТа, все клапаны имеют унифицированную маркировку типа 21ч10нж , в которой:

• 21 – тип арматуры (регуляторы давления имеют числовую номенклатуру 21 и 19);
• ч – материал изготовления корпуса (ч – чугун, с – углеродистая сталь, б – латунь либо бронза, тн – титан, п – пластик);
• 10 – тип привода (в данном случае – механический, 6 – пневматический, 7 – гидравлический);
• нж – материал изготовления уплотнительных поверхностей, нержавейка.

Основным отечественным производителей клапанов является компания “Авангард” (Старооскольский арматурный завод). Среди зарубежных компаний отметим (Дания), и FAR (Италия).

Регулирующий клапан - это один из типов регулирующей арматуры, предназначенный для работы в системах отопления, горячего водоснабжения, холодного водоснабжения, циркуляционных, а также других видах систем. Благодаря применению электрических приводов, регулирующий клапан позволяет управлять термодинамическими процессами в системе: непрерывного (аналогового 4-20мА, 0-10В), а также, для дискретного (3 -х позиционного) регулирования.

Регулирующие клапана (иногда их называют регулирующими вентилями) наиболее часто применяющийся тип регулирующей арматуры который используется в основном для регулирования расхода и давления. Принцип работы прост: за счет конуса клапана (цилиндрического и седельного) регулируется расход рабочей среды через проходное сечение клапана. Импульс на открытие и закрытие клапана может подаваться различными системами управления (от контроллеров) в зависимости, например от показаний датчиков температуры. Управляющим органом клапана является электрический, пневматический или гидравлический приводы. Однако иногда используется ручное управление, например в сериях клапанов RV111 и RV113 с приводами ANT40.11, которое служит для управления в случае аварийных ситуаций или при отсутствии привода. Запорно-регулирующие клапаны, с помощью этих устройств осуществляется как регулирование по заданной характеристике, так и уплотнение затвора по Европейским нормам герметичности для запорной арматуры, что обеспечивается специальной конструкцией плунжера, имеющего профильную часть для регулирования, а также уплотнительную поверхность для плотного контакта с седлом в положении «закрыто».

Для присоединения регулирующих клапанов к трубопроводам применяются все известные способы (фланцевый, муфтовый, штуцерный, цапковый, приварной), но приварка к трубопроводу используется только для клапанов, изготовленных из сталей. Большинство из регулирующих клапанов весьма схожи по конструкции с запорными клапанами, но есть и свои специфические особенности.

По направлению потока рабочей среды регулирующие клапаны делятся на: проходные - такие клапаны устанавливаются на прямых участках трубопровода, в них направление потока рабочей среды не изменяется; угловые - меняют направление потока на 90°; - имеют входной и выходной патрубок и служат для регулирования потока рабочей среды - имеют три патрубка для присоединения к трубопроводу (два входных и один выходной) для смешивания двух потоков сред с различными параметрами в один или разделения потоков среды. Основные различия регулирующих клапанов заключаются в конструкциях регулирующих органов.

Смотрите также статьи.