Клапаны

Клапан (вентиль) – вид трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия или регулирования потока рабочей среды. Запирающий или регулирующий рабочий элемент клапана (вентиля) перемещается параллельно оси потока рабочей среды. Клапаны применяются для жидких и газообразных сред с широким диапазоном рабочих параметров: давления — от вакуума 5•10−3 мм рт.ст. до 2500 бар, температуры — от -200°C до +600 °C. Клапаны (вентили) используются на трубопроводах относительно небольших диаметров. Усилие по управлению клапанов больших диаметров существенно возрастает. Помимо этого, при увеличении диаметра клапана, необходимо усложнять конструкцию запирающего рабочего элемента для обеспечения правильной посадки затвора на седло корпуса. Существуют различные модификации клапанов (вентилей), отличающиеся друг от друга типом крепления к трубопроводу (муфтовое, фланцевое и под приварку), устройством запорного элемента и направлением потока рабочей среды

Классификация клапанов (вентилей) по направлению потока рабочей среды:

По конструкции корпуса и расположению на трубопроводе (связанным с направлением потока рабочей среды) запорные клапаны делятся на три группы:

• проходные клапаны — направление потока среды на входе и выходе одинаковое. Ось выходного патрубка может быть смещена параллельно входному патрубку. В таком клапане поток среды в корпусе делает как минимум два поворота на 90^о, что приводит к высокому гидросопротивлению и появлению застойных зон в корпусе;
• угловые клапаны — в этих клапанах поток поворачивает на 90°, но один раз, что позволяет снизить гидросопротивление. Недостатком таких клапанов является то, что область их применения ограничивается поворотными участками трубопроводов;
• прямоточные клапаны — 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.

Классификация клапанов (вентилей) по типу затвора:

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 и неметаллических материалов. Они хорошо работают в жидких и газообразных средах, не содержащих взвешенных частиц. Конусные уплотнения, металл по металлу, используются для клапанов на высокие давления 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.

Как и другие виды запорной арматуры, запорные клапаны (вентили) 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».

Клапаны (вентили) запорные, сальниковые. Принцип работы:

В сальниковом клапане (вентиле) герметичность соединения крышки клапана с подвижной деталью затвора обеспечивается сальниковым устройством.

Сальниковое устройство клапана представляет из себя сальниковую камеру, в которой находится уплотнитель – сальниковая набивка.

В клапанах (вентилях) с диаметром проходного отверстия до 50 мм уплотнение чаще поджимается нажимной втулкой, для оборудования больших диаметров уплотнение сальника достигается использованием откидных либо анкерных болтов с гайками.

Применение ходовой резьбы, обладающей свойствами самоторможения, не позволяет оставлять затвор в любом положении с уверенностью, что это положение сохранится и не будет самопроизвольно изменяться под действием давления среды. Использование резьбы заставляет использовать существенные усилия на маховике для управления клапаном. Клапан запорный сальниковый создает хорошие условия для надежной герметичности запорного органа в закрытом состоянии. В связи с этим клапаны запорные сальниковые получили широкое распространение в запорной арматуре.

Достоинства сальниковых клапанов (вентилей):

• возможность изготовления сальниковой набивки из различных материалов, позволяющих обеспечить хорошее уплотнение в широком спектре рабочих давлений и температур;
• простота конструкции;
• ремонтопригодность;
• низкая стоимость клапана для диаметров до Ду50;
• быстрое перемещение затвора;
• возможность технического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации, без демонтажа с трубопровода;
• длительный срок эксплуатации арматуры в условиях коррозионной и химически агрессивной среды, повышенной температуры и рабочего давления.

Недостатки сальниковых клапанов (вентилей):

• большое гидравлическое сопротивление;
• при больших диаметрах клапанов усилие на шпинделе возрастает настолько, что клапан становится трудноуправляемым;
• наличие застойных зон, где накапливаются содержащиеся в циркулирующей жидкости механические примеси;

Клапаны (вентили) запорные, сильфонные. Принцип работы:

В сильфонной арматуре уплотнение подвижных элементов относительно внешней среды обеспечивается сильфонным узлом. Главным его элементом является сильфон — гофрированная металлическая трубка. 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. 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  представляет собой сложную операцию и на практике не производится.

Достоинства сильфонных клапанов (вентилей):

• отсутствие сальникового узла;
• отсутствие утечки рабочей жидкости во внешнюю среду;
• длительный срок эксплуатации арматуры в условиях коррозионной и химически агрессивной среды, повышенной температуры и рабочего давления.

Недостатки сильфонных клапанов (вентилей):

• клапан не ремонтируется;
• высокая цена клапана;

1. Корпус; 2. Шток; 3. Мембрана.

В мембранной арматуре внешнее уплотнение обеспечивается при помощи мембраны, изготовленной в виде упругого диска из эластичных материалов (резина, фторопласт, полиэтилен и др.). 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 клапана. Такое устройство клапана (вентиля) обеспечивает герметичность соединения корпусных деталей и полностью изолирует внутреннюю полость клапана от штока. Внутренние рабочие поверхности мембранного клапана (вентиля) покрываются (футеруются) коррозионостойкими материалами (фторопласт, резина, полиэтилен, эмаль). Такая конструкция позволяет отказаться от дорогостоящей нержавеющей стали и эксплуатировать чугунные клапаны для агрессивных сред.

Достоинства мембранных клапанов (вентилей):

• простота конструкции;
• ремонтопригодность;
• низкая стоимость клапана (вентиля);

Недостатки мембранных клапанов (вентилей):

• небольшой срок службы мембраны;
• использование мембраны ограничивает использование клапана по давлению и температуре;