Что нужно знать о монтаже регулирующего клапана


Регулирующий клапан — один из конструктивных видов регулирующей трубопроводной арматуры. Это наиболее часто применяющийся тип регулирующей арматуры как для непрерывного (аналогового), так и для дискретного регулирования расхода и давления. Выполнение этой задачи регулирующие клапаны осуществляют за счёт изменения расхода среды через своё проходное сечение[1].

В зависимости от назначения и условий эксплуатации применяются различные виды управления регулирующей арматурой, чаще всего при этом используются специальные приводы и управление с помощью промышленных микроконтроллеров по команде от датчиков, фиксирующих параметры среды в трубопроводе. Используются электрические, пневматические, гидравлические и электромагнитные приводы для регулирующих клапанов. В современной промышленности уже редко, но все же встречается, основной способ управления регуляторами в прошлом — ручное управление[2].


Также применяются запорно-регулирующие клапаны, с помощью этих устройств осуществляется как регулирование по заданной характеристике, так и уплотнение затвора по 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, приваркой), 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 виды.

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°;
  • трехходовые (смесительные) — имеют три патрубка для присоединения к трубопроводу (два входных и один выходной) для смешивания двух потоков сред с различными параметрами в один. В сантехнике такое устройство имеет название смеситель.

Основные различия регулирующих клапанов заключаются в конструкциях регулирующих органов[1][3].

Устройство и принцип действия


Проходной запорно-регулирующий клапан с электрическим приводом.

На поясняющем рисунке справа изображен простейший проходной односедёльный регулирующий клапан в разрезе. Где:

  • B — корпус арматуры;
  • F — фланец для присоединения арматуры к трубопроводу.
  • P — узел уплотнения, обеспечивающий герметичность арматуры по отношению к внешней среде;
  • S — шток арматуры, передающий поступательное усилие от механизированного или ручного привода затвору, состоящему из плунжера и седла;
  • Tплунжер, своим профилем определяет характеристику регулирования арматуры;
  • Vседло арматуры, элемент, обеспечивающий посадку плунжера в крайнем закрытом положении.

Усилие от привода с помощью штока передается на затвор, состоящий из плунжера и седла. Плунжер перекрывает часть проходного сечения, что приводит к уменьшению расхода через клапан. Согласно закону Бернулли при этом увеличивается скорость потока среды, а статическое давление в трубе падает. При полном закрытии плунжер садится в седло, поток перекрывается, и, если затвор будет полностью герметичен, давление после клапана будет равно нулю[1].

Конструкции регулирующих органов


Односедёльные и двухседёльные

В седёльных клапанах подвижным элементом служит плунжер, который может быть игольчатым, стержневым или тарельчатым. Плунжер перемещается вдоль оси потока среды через седло (или сёдла), изменяя проходное сечение. Наиболее часто встречаемые — двухседёльные клапаны, так как их затвор хорошо уравновешен, что позволяет их применять для непрерывного регулирования давления до 6,3 МПа в трубопроводах диаметром до 300 мм, при этом используя исполнительные механизмы меньшей мощности, чем односедёльные. Односедёльные клапаны применяются чаще всего для небольших диаметров прохода из-за своего неуравновешенного плунжера. Также преимущество двухседёльных клапанов состоит в том, что такой конструкцией гораздо легче обеспечить требуемую для запорно-регулирующей арматуры герметичность с помощью плунжера, имеющего специальный регулирующий профиль для контакта с одним седлом, а для посадки в другое седло — уплотнительную поверхность для более плотного контакта[1][3].

Клеточные

Затвор клеточных клапанов выполняется в виде полого цилиндра, который перемещается внутри клетки, являющейся направляющим устройством и, одновременно, седлом в корпусе. В клетке имеются радиальные отверстия (перфорация), позволяющие регулировать расход среды. Ранее такие клапаны назывались поршневыми перфорированными. Клеточные клапаны за счёт своей конструкции позволяют снизить шум, вибрацию и кавитацию при работе арматуры[1][3].

Мембранные


Skisse seteventil.jpg

В клапанах этого типа используются встроенные или вынесенные мембранные пневмо- или гидроприводы. В случае встроенного привода расход рабочей среды напрямую изменяется за счёт перекрытия прохода в седле гибкой мембраной из резины, фторопласта или полиэтилена, на которую воздействует давление управляющей среды. Если привод вынесен, то перестановочное усилие передаётся через мембрану на опору штока клапана, а через него на регулирующий орган; когда давление управляющей среды сбрасывается, пружина возвращает мембрану в начальное положение. Чтобы усилия от среды и сила трения в направляющих и уплотнении не приводили к снижению точности работы клапана, в такой арматуре часто используются дополнительные устройства — позиционеры, контролирующие положение штока. Мембранные клапаны могут быть как одно-, так и двухседёльные. Основным достоинством таких клапанов является высокая герметичность подвижного соединения и коррозионная стойкость материалов, из которых изготавливаются мембраны, что позволяет обеспечить хорошую защиту внутренних поверхностей арматуры от воздействия рабочих сред, которые могут быть агрессивными[1][3][2].

Золотниковые


Rotating valve.gif

В этих устройствах регулирование расхода среды происходит при повороте золотника на необходимый угол, в отличие от других клапанов с поступательным движением штока или мембраны. Такие клапаны применяются, как правило, в энергетике и имеют альтернативное название «регулирующий кран», так как по принципу действия принадлежат к кранам[1][3].

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.

Также существует клапан запорно-регулирующий, который позволяет не только изменять расход подачи, но и полностью перекрывать циркуляцию среды. В такой арматуре в качестве запорного механизма применяется плунжер, профильная часть которого при перемещении изменяет сечение проходного отверстия, а при полном контакте с седлом, за счет уплотнительных поверхностей, обеспечивает герметичность отсечения.


Регулировочный клапан может изготавливаться из нержавеющей стали, чугуна, высоколегированных сплавов либо латуни. Выбор материалов непосредственно зависит от типа рабочей среды, с которой будет контактировать арматура.

Клапан с ручным приводом
Клапан с ручным приводом

Ранее на рынок поставлялись исключительно клапаны с ручным приводом, управление которыми осуществлялось за счет вращения штурвала. Такие конструкции, ввиду необходимости прикладывания значительных усилий, не использовались на трубопроводах больших диаметров (свыше 150 мм).

В современной практике такие конструкции используются в бытовой сфере, тогда как в промышленности широкое распространение получили аналоги с автоматическим управлением. Автоматический клапан регулятор комплектуется датчиками, которые фиксируют уровень давления в системе, и в соответствии с заданным алгоритмом действий изменяют расход рабочей среды посредством перемещения затвора электрическим, гидравлическим либо пневмоприводом.

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 900;
  • трехходовые – корпус укомплектован тремя патрубками (2 – входные, 1 – подающий), используются для смешивания двух видов рабочей среды в один поток.
Угловой клапан с электроприводом фланцевого типа
Угловой клапан с электроприводом фланцевого типа

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.


Конструкция регулирующего клапана
Конструкция регулирующего клапана

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.

Принцип действия и конструкция


Принцип действия устройства основан на снижении пропускного отверстия для изменения объемов перемещаемых веществ. Регулирует поток запорный механизм, приводящийся в движение приводом. При необходимости объем перемещаемых веществ снижается, показатели давления уменьшаются.

Стандартный клапан для регуляции водопроводного оборудования и механизмов включает следующие обязательные элементы:

  • корпус;
  • уплотняющий блок, отвечающий за герметичность устройства;
  • узловой механизм запорный;
  • соединительный шток, объединяющий привод и запорный механизм;
  • проходное отверстие;
  • крепежные детали, фиксирующие устройство на трубопроводных путях.

Особенности конструкции определяются видом действующего механизма и типом крепления устройства к трубопроводу в жилом здании либо производственном блоке.

Технические характеристики

При подборе клапанов важны параметры устройства со следующими основными элементами:

  • пропускные характеристики;
  • давление в трубопроводах (стандартное и пробное);
  • диаметр пропускного отверстия и т.д.

Пропускная способность оборудования (Kvs) должна совпадать с объемами расхода жидкости, допустимое снижение давления при температуре в +20 °C достигает 1 бар.

Показатели фактического и номинального диаметра (DN), характеристики условных проходов DN зафиксированы в ГОСТ 28338-89.

Стандартные динамические диапазоны регулировки устройств составляют 30:1 и 50:1. Усовершенствованные механизмы (пневматические) имеют показатели в 100:1.

Основные преимущества


  1. Надежность и долговечность.
  2. Простые конструктивные решения.
  3. Функциональность при использовании.
  4. Простота в обслуживании и ремонтных работах.
  5. Бюджетные цены.
  6. Универсальность конструкции и т.д.

Высокие показатели надежности, долговечности определяет материал изготовления. Конструкции производятся из нержавеющих сталей с антикоррозийными добавками, а также сплавов латуни, чугуна. Изделия из легитированных металлов стойки к воздействию агрессивных химических составов и высокому давлению.

Простое конструктивное решение обеспечивает длительную эксплуатацию, эффективную работу устройства при поддержке баланса показателей рабочей среды.

Клапан можно установить на любой тип труб в жилых строениях, производственных цехах, общественных зданиях, магистралях нефтеперерабатывающих комплексов.

Регулировочные устройства помогают поддерживать необходимый температурный режим в помещении, уменьшать расход топлива.

Запорно-регулирующий вид устройства помогает упростить процесс ремонта, т.к. обеспечивает перекрытие отдельных элементов системы водоснабжения либо магистральных трубопроводов.

Функциональность изделий обеспечивает качественную работу при повышении температур, давления или пропуске агрессивных сред.

Устройство позволяет управлять потоком при авариях, сбоях в подаче топлива. Усовершенствованные механизмы снабжаются дистанционными датчиками.

Монтаж

Работы по монтажу регулирующей системы зависят от типа устройства, материала, функционального назначения и т.д. Важно учитывать рекомендации производителя.

Общие нормативы предусматривают обязательную установку манометров до и после элемента. Важно разместить фильтр перед трубами до клапана.

Следует соблюдать предписанное положение затвора, в корпусе не допустимы скручивания, сильные сжатия, перегибы.

Муфтовое оборудование в помещениях, примыкающих к теплосетям, разрешено монтировать после утверждения в теплоснабжающей организации.

Устройство на горизонтальную трубу устанавливается электрическим приводом вверх, если инструкция не предусматривает других требований.

При эксплуатации системы с температурой воды меньше +2 °С клапан снабжают подогревателем штока. Конструкция, предполагающая транспортировку жидкостей около +130 °С, снабжается охладителем штока.

Что нужно знать о монтаже регулирующего клапана

Корпусные детали клапанов (корпуса и крышки) делают из чугуна и стали различных марок – углеродистых, легированных и коррозионностойких.

Главные, самые существенные различия клапанов заключаются, в конструкциях регулирующих органов. Каждый из вариантов исполнений регулирующих органов обладает своими достоинствами. Так, например, мембранные позволяют обеспечить защиту внутренних поверхностей различными коррозионностойкими материалами. Двухседельные – применять исполнительные механизмы меньшей мощности, чем односедельные. Клеточные – снизить шум, вибрацию и кавитацию при работе клапана. Поэтому выбор того или другого типа регулирующего органа определяется конкретными условиями эксплуатации клапана.

В седельных клапанах подвижным элементом служит плунжер (игольчатый, стержневой или тарельчатый), который перемещается по оси потока среды через седло или седла корпуса, изменяя проходное сечение. Двухседельные клапаны – наиболее часто встречаемые. В отличие от односедельных они имеют достаточно уравновешенный затвор (плунжер), что позволяет применять их для непрерывного (аналогового) регулирования на давления до 6,3 МПа и диаметрами до 300 миллиметров. Односедельные клапаны имеют неуравновешенный плунжер и поэтому применяются, как правило, для небольших диаметров прохода.

В клеточных клапанах затвор выполнен в виде полого цилиндра, который перемещается внутри клетки – направляющей, являющейся седлом в корпусе. В клетке имеются радиальные отверстия (перфорация), позволяющие регулировать расход среды. Ранее такие клапаны назывались поршневыми перфорированными, а теперь – клеточными.

В мембранном регулирующем органе расход рабочей среды изменяется за счет перекрытия прохода в седле гибкой мембраной (диафрагмой), которая делается из фторопласта, полиэтилена или резины. Корпусные детали выполняются из чугуна. На внутренние поверхности корпуса и наружные уплотнительные поверхности фланцев наносится коррозионностойкое покрытиефторопласт, полиэтилен, эмаль. Примеры таких клапанов – 25ч35эм, 25ч7п1(п2).Что нужно знать о монтаже регулирующего клапана

Особо отметим ЗОЛОТНИКОВЫЙ регулирующий орган. Регулирование расхода среды происходит при повороте золотника на необходимый угол (в отличие от ранее рассмотренных клапанов с поступательным движением плунжера или диафрагмы). Такие клапаны применяются, главным образом, в энергетике. Название «Регулирующий клапан» для таких изделий – традиционное, но в последнее время их называют «Регулирующий кран», отражая тем самым принадлежность по принципу действия к типу кранов. Управление таким клапаном (краном), как правило – дистанционное по аналогии с запорной арматурой. Однако при управлении электроприводом применяется колонковый привод для регулирования.

Подробнее остановимся на управлении седельными регулирующими органами с помощью мембранных исполнительных механизмов (МИМ).

В этих приводных устройствах перестановочное усилие создается давлением сжатого воздуха в рабочей (надмембранной) полости исполнительного механизма. Давление воздействует на эластичную (обычно резиновую или резинотканевую) мембрану, герметично заделанную между верхней и нижней крышками. Мембрана прогибается, передавая усилие на выходное звено – шток клапана, а через него – на регулирующий орган. Когда давление управляющего воздуха над мембраной сбрасывается ее в начальное положение. Взаимодействие усилия от давления на мембрану с усилием сжатой пружины определяет положение выходного звена исполнительного механизма и плунжера регулирующего органа.

Усилия от среды, воздействующие на затвор клапана, силы трения в направляющих и сальниковом уплотнении приводят к рассогласованию – к снижению точности его работы. Для уменьшения рассогласования и улучшения характеристик клапана на нем в случае необходимости устанавливают дополнительный блок – позиционер. На односедельных клапанах, где затвор не уравновешен, применение   позиционеров, как правило, необходимо. Надвухседельных, где затвор уравновешен, позиционер применяется по определению проектировщика системы.

Для управления клапаном в нештатном случае, когда невозможна подача управляющего воздуха на мембрану, на клапане устанавливают ручной дублер.

Сферы использования и конструктивные особенности

Используются регулировочные клапаны в бытовых или промышленных системах газового и водоснабжения. Устанавливаются они и на магистральных транспортных трубопроводах, по которым проходит нефть и газ. Регулировка потока осуществляется путем изменения диаметра проходного отверстия. При этом пропускная способность системы увеличивается или уменьшается.

Самым простым является проходной клапан. В его составе присутствуют такие детали:

Сферы использования

  • корпус-тройник, внутри которого расположено проходное отверстие;
  • фланцы на патрубках (в этом месте может присутствовать резьба);
  • уплотнители, обеспечивающие герметичность приспособления;
  • затвор;
  • шток (фрагмент, при помощи которого положение затвора меняется).

Стоимость изделия зависит от материала изготовления, типа, размеров и технических характеристик. Цена колеблется в пределах 1000−99000 руб.

Классификация устройств

Классифицировать регуляторы можно по нескольким параметрам:

Характеристика Типы
По направлению потока
  1. Проходные. Эта разновидность считается самой широко используемой. Они монтируются на прямых фрагментах трубопровода. Направление потока такие приспособления не меняют.
  2. Угловые. Направление жидкости или газообразного вещества поворачивается на 90 градусов.
  3. Смесительные. Устройство характеризуется присутствием 3-х патрубков, 2 из которых являются входными, а 1 — выходной. Устанавливается такое изделие, если есть потребность смешать несколько потоков сред, обладающих различными параметрами.
По способу управления
  1. Ручные. Такие приспособления оснащены поворотным механизмом, который нужно двигать самостоятельно. Если установить их на трубопроводы большого диаметра, то повернуть вентиль будет трудно, поэтому такой клапан (шаровой кран) устанавливается только на бытовых системах.
  2. Автоматические. Они оснащаются датчиками, которые контролируют температуру и давление. Расход рабочей среды меняется под влиянием алгоритма, программирующего датчики. Применяются они в промышленных трубопроводах.
По способу крепления
  1. Фланцевые. На концах патрубка присутствуют фланцы, при помощи которых приспособление крепится на трубе. Это плоские детали с отверстиями для болтов и шпилек.
  2. Резьбовые (к трубе они прикручиваются).
  3. Приварные. Такие изделия применяются редко, так как их монтаж трудоемкий, а обслуживание непростое. Использовать такой способ крепления можно только при монтаже стальных изделий.

Какой тип клапана будет использован, зависит от сферы его применения, необходимых конструктивных особенностей.

Типы затворов

Задвижка — основной фрагмент изделия, при помощи которого и меняется сечение проходного отверстия. Существуют такие типы затворов: седельный, золотниковый, клеточный, мембранный.

Седельный и клеточный

В конструкции такого приспособления находится седло и плунжер. Последний элемент представляет собой поршень цилиндрической формы, длина которого значительно превышает диаметр. Седло — компонент затвора, который локализуется между проходным отверстием и внутренними узлами изделия.

Чугунный корпус

Как только поршень начинает двигаться через седло, изменяется диаметр проходного отверстия. Существуют одно- и двухседельные клапаны. Первый тип арматуры применяется в трубопроводах малого диаметра.

Клеточное изделие имеет седло, в котором присутствуют радиальные отверстия. С их помощью регулируется расход рабочей среды. Внутри клетки находится цилиндр, который передвигается. Он меняет пропускную способность отверстия. Достоинством изделия является то, что оно позволяет снизить кавитацию, вибрацию и шум.

Мембранный и золотниковый

В мембранном клапане тоже есть седло, но для перекрытия отверстия тут используется гибкая мембрана. Она выполняет несколько функций. Первая из них — контроль и регулировка давления жидкости (газообразного вещества). Вторая функция — защита внутренних узлов запорной арматуры от воздействия агрессивных химических компонентов.

Типы затворов

Преимуществом приспособления является высокая надежность и герметичность элементов, которые двигаются. Также мембрана производится из материалов, которые устойчивы к коррозии. Чтобы качество работы клапана не ухудшалось со временем, конструкцию придется дополнительно оснастить позиционерами, при помощи которых контролируется положение штока. Эти элементы позволят предупредить точность регулировки.

Последний тип затвора — золотниковый. Регулировка расхода жидкости или газа в этом случае зависит от того, на какой угол поворачивается задвижка. Чаще всего устройства такого типа используются в сфере энергетики. Золотниковый клапан по принципу действия можно отнести к кранам.

Особенности выбора изделия

Для того чтобы клапан работал эффективно, его нужно правильно выбрать и монтировать. Чтобы покупка оказалась правильной, нужно учитывать такие параметры:

Седельный и мембранный

Мембранный и золотниковый

  1. Диаметр патрубка и пропускного отверстия. Тут учитывается тип среды, с которой будет работать трубопровод, и его величина. Чем больше диаметр пропускного отверстия, тем в большем диапазоне он может работать. Но при выборе больших показателей учитывается давление внутри системы.
  2. Тип запирания. Клапан может быть регулирующим или запорно-регулирующим. Во втором случае просвет трубы может перекрываться полностью.
  3. Диапазон применения.
  4. Материал изготовления. Тут выбор зависит от условий использования приспособления.
  5. Тип фиксации на трубе.
  6. Способ управления изделием. Для работы автоматических клапанов они должны быть подключены к электросети.
  7. Тип механизма регулировки.

Размер корпуса и диаметр патрубков должен совпадать с размером трубопровода.

Регулирующий клапан — обязательный элемент запорной арматуры. Он позволяет снизить расход жидкого теплоносителя или газообразного вещества. В случае поломки трубопровода запорный элемент позволит остановить только определенную часть системы для ремонта.


Использованные источники

  1. dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/405435
  2. trubypro.ru/dopolnitelnye-elementy/klapany/reguliruyushie.html
  3. trubyda.ru/armatura/reguliruyushhij-klapan
  4. armtorg.ru/wiki/reguliruyushchaya-armatura-10/ryeguliruyushchiye-klapany-12/
  5. postroivsesam.ru/articles/ustrojstvo-i-primenenie-ruchnogo-zapornogo-reguliruyushhego-klapana

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.