Запорный орган клапана это (2 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
Достоинства и недостатки
Устройство и принцип действия
Различия в конструкциях
Конструкции уплотнения
Сальниковая арматура
Сильфонная арматура
Мембранная арматура
Направление потока
Конструкция рабочего органа
🎬 Видео

Видео:Клапан запорный(вентиль)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.

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:Клапан запорный вентиль - принцип действияСкачать

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:Устройство и принцип работы запорного клапанаСкачать

Принцип работы

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

Читайте также: Клапан в скороварке устройство

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

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

Коэффициенты местного сопротивления

Коэффициенты местного сопротивления для различных элементов трубопровода:

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

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:клапан запорныйСкачать

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.

Видео:Классификация трубопроводной арматурыСкачать

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:Школа ТПА. Запорный клапан. Часть 1.Скачать

Запорный клапан

Запорный клапан — запорная арматура, конструктивно выполненная в виде клапана, то есть её запирающий элемент перемещается параллельно оси потока рабочей среды [1] . Как и другие виды запорной арматуры, запорные клапаны применяются для полного перекрытия своего проходного сечения, а следовательно потока рабочей среды; то есть запирающий элемент, которым в запорном клапане чаще всего является золотник, в процессе эксплуатации находится в крайних положениях «открыто» или «закрыто». Для регулирования расхода среды путём изменения проходного сечения успешно применяются регулирующие клапаны, также существуют и запорно-регулирующие клапаны, совмещающие эти функции.

Следует заметить, что до 1982 года [2] клапаны, в которых затвор перемещается при помощи резьбовой пары шпиндель—ходовая гайка, назывались вентилями, однако это наименование было упразднено [3] и сейчас клапаном называют и арматуру с резьбовым шпинделем (передающим крутящий момент от привода), и с гладким штоком (передающим поступательное усилие от привода). Клапаны вентильного типа управляются вручную или электроприводом, а клапаны с гладким штоком — гидро-, пневмо- или электромагнитным приводом, а также механическим приводом от других устройств. Запорные клапаны с быстродействующими поршневыми пневматическими приводами входят в состав защитной арматуры и носят название отсечные.

Читайте также: Какова функция сердечных клапанов

Клапаны широко распространены как запорная арматура, что объясняется возможностью обеспечения хорошей герметизации в запорном органе при сравнительной простоте конструкции. Клапаны применяются для жидких и газообразных сред с широким диапазоном рабочих параметров: давления — от вакуума 5·10 −3 мм рт. ст. до 250 МПа, температуры — от -200 до +600 °C. Клапаны обычно используются на трубопроводах относительно небольших диаметров, так как в случае больших размеров приходится иметь дело с существенным возрастанием усилий для управления клапаном и усложнять конструкцию для обеспечения правильной посадки затвора на седло корпуса [4] [5] .

Видео:Принцип работы вентиля (клапана запорного). Принцип действия клапанов, вентилей фланцевых, муфтовыхСкачать

Достоинства и недостатки

Кроме вышеуказанных достоинств клапаны обладают и другими, например:

возможность применения в условиях высоких температур и давлений, вакуума, коррозионных и агрессивных сред;
сравнительная простота технического обслуживания и ремонта в условиях эксплуатации.

Конструкция клапанов во многом схожа с конструкцией задвижек, но принципиальное её отличие — то, что перемещение затвора совпадает с осью перемещения потока среды, а не перпендикулярно ему, даёт клапанам ряд преимуществ перед задвижками, среди которых:

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.

К недостаткам клапанов можно отнести:

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 [4][5] .

Видео:Вентили (клапаны запорные). Обзор классификации.Скачать

Устройство и принцип действия

Корпус (на поясняющем рисунке жёлтого цвета) имеет два патрубка с концами для присоединения к трубопроводу, оно может быть любым известным способом фланцевым, муфтовым, штуцерным, цапковым, приваркой. Внутри корпуса расположено седло, которое в положении «закрыто» перекрывается затвором (золотником (3)). Шпиндель (1) проходит через сальниковое уплотнение в крышке. В конструкции, изображённой на поясняющем рисунке, ходовая часть запорного органа вынесена за пределы зоны рабочей среды с помощью бугельного узла (2). Уплотнение может быть и сильфонным, в этом случае вынесение ходового узла не требуется.

Шпиндель (1) передаёт крутящий момент от ручного штурвала или механического привода через неподвижную ходовую гайку золотнику, преобразуя его в поступательное движение золотника, в крайнем нижнем положении золотник садится в седло и поток среды перекрывается. Усилие, передаваемое от привода, может быть и поступательным, в этом случае ходовая гайка отсутствует, а вместо шпинделя используется гладкий шток.

Видео:Огромный запорный клапан как это сделано___how this is done___Скачать

Различия в конструкциях

Конструкции уплотнения

По способу герметизации подвижного соединения шпиндель(шток)—крышка, клапаны делятся на сальниковые, сильфонные и мембранные (диафрагмовые).

Сальниковая арматура

В сальниковой арматуре герметичность соединения крышки с подвижной деталью затвора обеспечивается сальниковым устройством. Суть сальникового устройства в том, что на внешней стороне крышки или корпуса в том месте, где через них проходит шток или шпиндель, создаётся сальниковая камера, в которую укладывается уплотнительный материал — сальниковая набивка. При помощи специальных устройств набивка поджимается вдоль оси шпинделя (штока), упираясь в стенки сальниковой камеры и уплотняется. Таким образом создаётся герметичность и рабочая среда не проникает за пределы корпуса. В арматуре малых диаметров поджатие набивки производится накидной гайкой, больших — специальной деталью—сальником при помощи двух откидных или анкерных болтов с гайками.

Сальниковое уплотнение обладает многими достоинствами, которые делают его в большинстве случаях предпочтительным. Среди них:

возможность изготовления сальниковой набивки из различных материалов, позволяющих обеспечить хорошее уплотнение в широком спектре рабочих давлений и температур;
простота конструкции;
возможность поднабивки сальника или смены набивки в процессе эксплуатации.

Читайте также: Дергает при разгоне ваз 2110 16 клапанов

Сальники максимально упрощают конструкцию и уменьшают стоимость арматуры, однако для номинального давления от 2,5 МПа и номинального диаметра более 50 (эти границы весьма ориентировочные) ходовой узел выносится из зоны рабочей среды и располагается выше сальникового уплотнения, а ходовую гайку размещают в бугельном узле, расположенным над крышкой клапана, то есть конструкция существенно усложняется для ликвидации влияния рабочей среды на соединение шпиндель—гайку и повышения его долговечности и надёжности.

Сильфонная арматура

В сильфонной арматуре уплотнение подвижных элементов относительно внешней среды обеспечивается сильфонным узлом. Главным его элементом является сильфон — гофрированная трубка. Металлический сильфон при помощи сварки или пайки соединяется с верхними или нижними кольцами (или деталями другой формы), образуя так называемую сильфонную сборку. Сильфонная сборка своей верхней частью неподвижно и герметично соединяется с корпусными деталями арматуры, а нижней — со штоком или золотником клапана, перекрывая таким образом возможность выхода рабочей среды во внешнюю. Поступательное перемещение штока для управления золотником происходит внутри сильфона, который может изменять свою длину за счёт деформации гофров.

Сильфонные клапаны используются для работы в таких средах, утечка которых в окружающую среду недопустима. Преимущество таких клапанов перед сальниковыми — исключение утечки рабочей среды в атмосферу в пределах срока службы сильфонного узла. Но это преимущество достигается путём существенного усложнения конструкции и соответственно более высокой стоимости клапана. Кроме того, ремонт сильфона клапана при его усталостном разрушении представляет собой сложную операцию по замене сильфонной сборки, поэтому в таких случаях клапан необходимо менять на новый.

Мембранная арматура

Мембранные клапаны принципиально отличаются от клапанов другой конструкции.

В мембранной арматуре внешнее уплотнение обеспечивается при помощи мембраны, выполняющейся в виде упругого диска из эластичных материалов (резина, фторопласт). Профиль мембраны позволяет в центральной её части осуществлять возвратно-поступательное движение, достаточное для закрывания или открывания запорного или регулирующего органа арматуры. Мембрана устанавливается и зажимается по наружному диаметру между корпусом и крышкой, это обеспечивает герметичность соединения корпусных деталей и одновременно полностью отсекает внутреннюю полость арматуры от внешней среды [6] .

Особенность этих клапанов состоит в том, что диафрагма одновременно может выполнять функцию затвора, перекрывая под действием шпинделя проход рабочей среды через корпус.

Такая конструкция позволяет без применения нержавеющих сталей иметь чугунные клапаны, пригодные для различных агрессивных сред. Это достигается покрытием (футеровкой) внутренних поверхностей корпуса различными коррозионостойкими материалами (фторопласт, резина, полиэтилен, эмали).

Недостатками таких клапанов являются небольшой срок службы мембраны и ограниченные небольшими давлениями и температурами пределы их применения [4] .

Направление потока

По конструкции корпуса и расположению на трубопроводе, связанным с направлением потока рабочей среды, запорные клапаны различаются:

проходные — в них направление потока среды на входе и выходе одинаковое, но иногда ось выходного патрубка смещена параллельно входному. В таком клапане поток среды в корпусе делает как минимум два поворота на 90°, что приводит к высокому гидросопротивлению и появлению застойных зон в корпусе;
угловые — в них поток поворачивает на 90°, но один раз, что позволяет снизить гидросопротивление. Существенный недостаток таких клапанов заключается в том, что область их применения ограничивается поворотными участками трубопроводов;
прямоточные — в них, как и в проходных, направление потока сохраняется, но ось шпинделя расположена не перпендикулярно, а наклонно к оси прохода. Такая конструкция позволяет существенно спрямить поток и уменьшить гидросопротивление, однако при этом увеличивается ход затвора, строительная длина и масса изделия. [5]

Конструкция рабочего органа

Затворы в клапанах бывают тарельчатыми (золотниковыми) или коническими.

Уплотнительные поверхности тарельчатого затвора могут быть плоскими или конусными, в последнем случае седло в корпусе выполняется в виде фаски. Плоские уплотнения позволяют изготавливать их из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов, они хорошо работают в жидких и газообразных средах, не содержащих взвешенных частиц. Конусные уплотнения, металл по металлу, используются для клапанов высоких давлений со взвешенными частицами в рабочей среде.

Конический затвор применяется в клапанах номинальным диаметром не более 25, для номинальных давлений от 16 МПа и выше. Такие клапаны называются игольчатыми [4] .