Как работает клапан запорной арматуре (6 видео)

Клапан запорный (вентиль) – служит для перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе, движущегося в одном направлении. Направление движения рабочей среды по стрелке на корпусе. Запирающий элемент перемещается параллельно оси потока.

Применяют запорные клапаны, чаще всего, на паро- и водопроводах, поскольку они создают высокое сопротивление потоку, выше чем задвижки. При течении поток искривляется, меняет свое направление, сужается, затем расширяется до первоначальных размеров. При этом возникают интенсивные вихреобразования.

Поэтому их применяют когда движение среды происходит только в одном направлении и не вызывает больших гидравлических сопротивлений. Специальные клапаны применяют для ручного дросселирования давления (например, редукционный вентиль на установках термического крекинга).

Следует заметить, что до 1982 года клапаны, в которых затвор перемещается при помощи резьбовой пары шпиндель – ходовая гайка, назывались вентилями. В настоящее время клапаном называют и арматуру с резьбовым шпинделем и с гладким штоком.

Запорные клапаны должны соответствовать требованиям ГОСТ 5761 (в части клапанов сальниковых и сильфонных, стальных и из цветных металлов), ТУ и КД.

Номинальные давления от PN1,6 МПа (PN16) до PN25МПа (PN250) включительно.

Содержание

Конструкция
Уплотнение шпинделя
Классификация
Проходные
Угловые
Прямоточные (вентиль Косва)
Принцип работы
Коэффициенты местного сопротивления
Подбор запорного клапана (вентиля)
Преимущества и недостатки
Технические характеристики
Запорный клапан и его роль в трубопроводах
Для чего нужен запорный кран
Принцип работы и особенности устройства
Достоинства и недостатки
Классификация запорных клапанов
💡 Видео

Видео:Как работает арматура для унитаза?Скачать

Конструкция

Клапан состоит из следующих основных элементов:

корпус
крышка
штурвал
сальник
шпиндель (шток)
затвор (золотник)
седло

Запорным органом является затвор, поступательно перемещающийся в вертикальной плоскости. Уплотнительные поверхности затвора запорного клапана могут иметь форму:

Плоскую (золотник) – хорошо работают в жидких и газообразных средах, не содержащих взвешенных частиц;
Конусовидную – используются для высоких давлений со взвешенными частицами.

Седло клапана ввинчивается или вваривается в корпус изделия.

Конструкция верхнего уплотнения защищает сальниковую набивку, когда клапан находится в полностью открытом положении, чем исключается долговременное воздействие давления рабочей среды на набивку. Сальниковая набивка выполнена из терморасширенного графита и имеет хорошую уплотнительную способность.

Крышка крепится на корпусе при помощи шпилек с навернутыми на них шестигранными гайками, что позволяет быстро и удобно производить разборку изделия. Спирально навитая прокладка надежно уплотняет соединение крышки с корпусом даже при высокотемпературных условиях эксплуатации.

На клапанах высокого давления возможно применение металлической прокладки овального или восьмиугольного сечения. Втулка шпинделя изготавливается из латуни, что позволяет обеспечивать свободное и мягкое открытие клапана.

Уплотнение шпинделя

По способу герметизации соединения шпиндель-крышка, клапаны делятся на:

Сальниковая – для уплотнения места прохода шпинделя используется сальниковая набивка – пропитанная антисептическими и гидрофобными составами специальная формованная лента из материалов растительного происхождения. Набивка сжимается в направлении оси штока или шпинделя и, благодаря своим упругим свойствам, расширяется в радиальном направлении, плотно заполняя пространство зазора между стенкой и штоком. Сальниковое уплотнение наиболее распространенный тип уплотнения благодаря своей простоте, низкой стоимости и возможности ремонта.

Читайте также: Не заводится ваз 21083 инжектор 8 клапанов

Сильфонная, мембранная – отличается отсутствием подвижных соединений с зазорами, через которые рабочая среда может вытечь наружу, благодаря тому, что устройство управления движением затвора находится по одну сторону упругого элемента, а рабочая среда – по другую сторону. Иначе говоря, стенка сильфона или мембрана выступают в роли герметизирующего элемента подвижного соединения.

Видео:КАКАЯ БЫВАЕТ ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА? | ТЕОРИЯ #1Скачать

Классификация

Проходные

Самые распространенные. В таком вентиле поток делает два поворота на 90°, что приводит к высокому сопротивлению и появлению застойных зон в корпусе.

Иногда ось выходного патрубка смещена относительно входного.

Угловые

Размещаются на поворотных участках трубопровода, в них поток поворачивает на 90° один раз, что позволяет снизить сопротивление по сравнению с проходными.

Прямоточные (вентиль Косва)

Для снижения гидравлического сопротивления применяют вентили со шпинделем расположенным под углом 45 градусов к потоку (вентиль Косва). Это позволяет выпрямить поток внутри вентиля и уменьшить его сопротивление. Но при этом увеличивается ход штока, строительная длина и масса изделия.

Видео:Классификация трубопроводной арматурыСкачать

Принцип работы

При вращении штурвала происходит поступательное (перпендикулярно потоку) перемещение шпинделя, который прижимает золотник к седлу.

Основной особенностью конструкции запорного клапана является уплотнение затвора. При закрытии клапана золотник плотно прилегает к седлу.

Видео:Клапан запорный(вентиль)Скачать

Коэффициенты местного сопротивления

Коэффициенты местного сопротивления для различных элементов трубопровода:

Видео:Устройство и принцип работы запорного клапанаСкачать

Подбор запорного клапана (вентиля)

Поскольку запорные клапаны создают высокое сопротивление потоку применяют их, чаще всего, на паро- и водопроводах.

Выбор запорного клапана будет зависеть от следующих параметров:

Назначение и условия работы.
Управление: ручное, редукторное, электрическое
Гидравлические характеристики: класс герметичности, удельный расход и прочие.
Монтажные условия: масса и размеры, вид соединения с трубопроводом, условный диаметр прохода.
Дополнительные требования, если имеются.

Движение потока рабочей среды относительно запорного клапана, выбирается в зависимости от давления:

При низком давлении – движение потока над седлом
При высоком давлении – движение потока над золотником

В клапанах низкого давления рабочая среда протекает непосредственно над седлом. Крутящий момент при закрытии клапана будет более высоким.

В клапанах высокого давления поток рабочей среды поднимается над золотником, создавая прижимающие усилия, уменьшающие крутящий момент при закрытии затвора. При открытии золотник поднимается на расстояние 25-40% от своего полнопроходного положения.

Видео:Что означают надписи на задвижках, клапанах и проч.?Скачать

Преимущества и недостатки

По сравнению с задвижками клиновыми, также являющимися запорной трубопроводной арматурой, конструкция клапанов позволяет использовать внутреннее рабочее пространство изделия более рационально.

Простота конструкции клапанов обеспечивает быстроту их производства и обслуживания. Надежное уплотнение затвора и незначительная сила трения сопрягаемых поверхностей позволяют эксплуатировать вентиля в течение продолжительного периода.

Основные преимущества клапанов запорных:

Высокие эксплуатационные характеристики изделия совместно с его простой и надежной конструкцией позволяют эффективно эксплуатировать запорные клапаны в различных отраслях промышленности.
малый ход затвора для полного открытия (обычно не более 0,25 номинального диаметра, в то время как у задвижек – не менее диаметра) и, соответственно, малая строительная высота и масса;
в клапанах гораздо проще, чем в задвижках, обеспечить требуемую герметичность затвора (путём применения уплотнительных колец из различных неметаллических материалов);
при закрытии и открытии клапана в отличие от задвижки практически исключается трение уплотнения затвора о седло, что существенно уменьшает износ уплотнительных поверхностей;
возможность применения сильфона в качестве уплотнения арматуры по отношению к внешней среде.

высокое (по сравнению с шаровыми кранами и задвижками) гидравлическое сопротивление, что при больших диаметрах прохода и высоких скоростях среды создаёт большие потери энергии и вызывает необходимость соответственно повышать начальное давление в системе;
ограничение пределов применения по диаметру, о котором было сказано выше;
наличие в большинстве конструкций застойных зон, в которых скапливаются механические примеси из рабочей среды, шлам, что приводит к интенсификации процессов коррозии в корпусе арматуры.

Читайте также: Замена шаровой ваз 2112 16 клапанов своими руками

Видео:Бачок унитаза не держит воду - причины и устранение течи из бачка в унитаз. Видеоурок ПламберСкачать

Технические характеристики

Основные технические характеристики клапанов запорных:

Управление клапанными запорными: ручное, редукторное, электрическое.
Технические условия по ГОСТ 3326, ГОСТ 9697,
Номинальный диаметр: DN 15-400 мм,
Номинальное давление: от вакуума 5·10−3 мм рт. ст. до 250 МПа.
Температура: от -200 до +600 °C

Материальные исполнения из сталей:

углеродистая,
легированная холодостойкая,
жаростойкая нержавеющая,
нержавеющая сталь со специальными свойствами.

Видео:Все виды трубопроводной арматуры!Скачать

Запорный клапан и его роль в трубопроводах

Ни одна, даже самая примитивная гидравлическая или пневматическая система не обходится без запорно го клапана. Устройство используется в трубопроводах для регулировки подачи жидкости.

Это вид запорной арматуры, выполненный в форме клапана, который используется в трубопроводах для полного перекрытия проходного сечения.

Видео:Типы регулирующих клапановСкачать

Для чего нужен запорный кран

В первую очередь запорный клапан предназначен для регулирования подачи жидкостей или газа. В случае непредвиденной аварии, повреждения трубопровода, клапан позволяет оперативно перекрыть нужный участок, для проведения ремонтных работ.

Помимо этого, перекрывая определенные участки трубопровода, можно производить техническое обслуживание требуемых деталей.

Обратите внимание! Запорные клапаны нашли применение не только в трубопроводах, используемых в быту, но и в химической, целлюлозно-бумажной промышленности и нефтеперерабатывающих областях.

Видео:ТЕЧЕТ УНИТАЗ? БАЧОК УНИТАЗА НЕ ДЕРЖИТ ВОДУ? → ПРИЧИНЫ И УСТРАНЕНИЕ ПРОТЕКАНИЯ!Скачать

Принцип работы и особенности устройства

Принцип действия подобного клапана прост — при вращении штурвала (деталь трубопроводной арматуры) шпиндель, через резьбу, передает прокрутку на затвор (золотник), который поступательно перемещается и перекрывает собой отверстие, блокируя ход рабочей среде.

Модели запорных клапанов отличаются в различных моделях в основном способом монтажа.

Видео:Техническое обслуживание и ремонт запорной арматурыСкачать

Достоинства и недостатки

Запорный клапан имеет следующие достоинства:

Выдерживает давление с вакуума 5·10−3 мм рт. ст. до 250 МПа.
Переносит температуры — начиная от — 200°C и заканчивая 600°C.
Работает в агрессивных средах так же продуктивно, как и в гомогенных.
Прост в монтаже, не требует демонтажа всей системы при ремонте.
Обладает устойчивостью к внешним воздействиям.

Однако, выбирая запорную арматуру, нельзя не учитывать и недостатки устройства:

Стоимость запорных клапанов достаточно высока. Хотя отчасти цена устройства компенсируется возможностью заменить практически любую его часть.
Высокое гидравлическое сопротивление, которое приводит к потере давления при транспортировке, особенно это касается трубопроводов большого диаметра, и скопление механических примесей в некоторых зонах, где отмечаются застои жидкости.
Неполноценная герметизация в положении закрытия из-за деформации уплотнений.
Возможность выбора только одного направления течения рабочей среды.

Читайте также: Переходник клапана sup доски

Обратите внимание! Есть вероятность прикипания затвора к седлу, в результате чего может произойти отрыв затвора от штока.

Классификация запорных клапанов

Классифицируют клапаны по типу крепления к трубопроводу и способу герметизации конструкции, строению.

По способу фиксации клапаны бывают:

Муфтовый. Фиксируется совместно с трубопроводом посредством резьбового соединения. Способ распространен, и применяется для бытового использования. Устанавливается на трубы диаметром до 150 миллиметров. Этот вид прост и удобен в монтаже и эксплуатации, для установки потребуется только разводной ключ и минимум времени на установку.
Фланцевый клапан. Фиксируется при помощи болтов и гаек, для которых на патрубках корпуса существует закладная пластина либо круглой, либо квадратной формы с посадочными отверстиями для болтов. Фланцевый способ соединения изначально предназначен для арматуры, устанавливаемой на трубопроводы с давлением не более 20 МПа диаметром от 10 до 1000 миллиметров.

В зависимости же от способа герметизации, клапан может быть:

Сальниковым, когда за герметизацию конструкции отвечает сальниковый блок (камера), внутри которой находится дополнительная уплотняющая набивка.
Сильфонным, при котором за герметичность отвечает специальная трубка (гофрированная), внутри которой находится стержень клапана. Сильфон соединяется посредством приварки с корпусом в верхней половине конструкции, и затвором — в находящейся ниже, чем он перекрывает пути выхода рабочей среды из клапана. При перемещении штока внутри сильфона гофрированная трубка, за счет сжатия гофры, также укорачивает свою длину.

Обратите внимание! Расположение патрубков на входе и выходе, помимо всего прочего, позволяет снизить присутствующее в системе избыточное гидравлическое давление.

В зависимости от строения клапаны делят на угловые и проходные конструкции:

Угловые представляют собой конструкцию, которая служит для соединения находящихся перпендикулярно друг другу труб.
Проходные клапаны устанавливаются либо на горизонтальном, либо вертикальном узле трубопровода. Из недостатков такой детали можно выделить высокое гидравлическое сопротивление, и довольно большой вес, зачастую мешающий проводить различные манипуляции. К тому же, проблемы при монтаже доставляет и сложная конструкция корпуса. Устройство имеет зоны, где может образовываться застой жидкости, скапливаются частицы ржавчины, что обычно приводит к коррозии.
Прямоточные клапаны представляют собой шаровидное устройство с патрубками, которые встроены в корпус и осью, расположенной под небольшим уклоном.
Игольчатые клапаны — небольшое устройство с затвором конической формы, используется в клапанах с диаметром не более 25.

Запорные устройства могут работать и без применения физической силы человека, а в автоматическом режиме. Клапаны оснащены электромагнитным устройством, к которому крепится затвор в виде поршня или диска. При подаче электрического тока затвор перемещается и открывает проход для транспортировки рабочей среды.

Обратите внимание! Отдельную группу составляют термозапорные клапаны, которые работают в системах пожарной безопасности. При повышении t выше максимальной отметки он блокирует подачу газа к приборам в целях безопасности.