Предохранительный клапан предохраняет оборудование и трубопровода с излишним давлением от механических повреждений с помощью автоматического выпуска избыточной рабочей среды из системы с повышенным давлением. Помимо этого клапан обеспечивает прекращение сброса рабочей среды в случае восстановления нормального давления.

Предохранительный клапан относится к трубопроводной арматуре прямого действия, которая эксплуатируется в зависимости от рабочей среды, также как и ряд других конструкций защитной арматуры и регуляторы давления прямого действия.

Избыточное давление опасно для работы системы и может возникнуть в результате сторонних причин (нестабильная работа оборудования, избыток тепла от посторонних источников, неверная тепломеханическая схема), или в результате физических процессов внутри системы, которые начинаются с какого-либо исходного события не входящего в ряды предусмотренных обычной эксплуатацией.

Предохранительный клапан устанавливают везде, где вышеназванные ситуации возможны, т.е. почти на любом оборудовании. Особенно предохранительные клапаны важны в области использования бытовых и промышленных сосудов, работающих под давлением.

Предохранительная арматура существует и в других видах, однако именно предохранительные клапаны получили наиболее широкое применение по причине простой и эффективной конструкции, простоты настройки, многообразия видов и размеров, а также вариантов конструктивного выполнения.

Принцип действия.

На рисунке изображен чертёж пружинного клапана прямого действия. Его пример поможет вам рассмотреть типичную конструкцию. Основными составляющими конструкции клапана предохранительного прямого действия выступают запорный орган и задатчик, который обеспечивает силовое воздействие на особенно чувствительный элемент, объединенный с запорным органом клапана. В свою очередь запорный орган представляет собой конструкцию из затвора и седла. Рассматривая поясняющий рисунок, можно увидеть, что в этом случае затвором выступает золотник, а задатчиком является пружина. При помощи задатчика клапан регулируется для того, чтобы усилие на золотнике было достаточным и обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа, препятствуя пропуску рабочей среды. В указанном случае настройку осуществляют специальным винтом.

При закрытом предохранительном клапане, на  чувствительный элемент оказывает влияние сила от рабочего давления в хорошо защищаемой системе, она стремится открыть клапан, а также сила от задатчика, которая открытию препятствует. При возникновении возмущений в системе, способных вызывать повышение давления сверх рабочего, величина силы прижатия золотника к седлу уменьшается. В момент, когда данная сила становится равна нулю, осуществляется равновесие от воздействия давления в системе активных сил и задатчика на особо чувствительный элемент клапана. Если давление в системе не перестает возрастать, запорный орган постепенно открывается и рабочая среда сбрасывается через предохранительный клапан.

Когда давление в защищаемой системе понижается, устраняются и возмущающие воздействия. Под действием усилия от задатчика запорный орган предохранительного клапана закрывается.

Часто давление закрытия оказывается ниже на 10-15 % рабочего давления, причиной тому значительно большее усилие, необходимое для создания герметичности запорного органа, чем то, которое было достаточным для обеспечения герметичности клапана непосредственно перед открытием. Все это происходит потому, что при посадке возникает необходимость преодолеть силу сцепления молекул среды, которая проходит через зазор между уплотнительными поверхностями золотника и седла, и таким образом вытеснить эту среду. Понижению давления может способствовать и опоздание закрытия запора, при воздействии на него динамических усилий от потока проходящей среды, и наличии сил трения, которые для его полного закрытия требуют дополнительного усилия.

Предохранительные клапаны принято классифицировать:

По принципу действия

- предохранительные клапаны прямого действия (наиболее частое словосочетание для их обозначения именно «предохранительный клапан») открываются исключительно под воздействием давления рабочей среды;
- предохранительные клапаны непрямого действия управляются использованием постороннего источника электроэнергии или давления, такие устройства принято называть импульсными предохранительными устройствами;

По типу подъема замыкающего органа

- предохранительные клапаны пропорционального действия (находят применение на несжимаемых средах)
- предохранительные клапаны двухпозиционного действия

По разнице в высоте подъема замыкающего органа

- малоподъемные
- среднеподъемные
- полноподъемные

По нагрузке на золотник

- грузовые или рычажно-грузовые
- пружинные
- рычажно-пружинные
- магнито-пружинные

Различия в конструкциях:

Двухседёльная конструкция.

Обычно предохранительные клапаны имеют угловой корпус, но вполне могут иметь и проходной, однако это не сказывается на способе установки, клапан может монтироваться вертикально, чтобы шток опускался вниз при закрывании.

Часто предохранительные клапаны изготавливают с наличием одного седла в корпусе, но бывают и конструкции с двумя сёдлами параллельной установки.

Если клапан имеет небольшую высоту подъема (не более 1/20 диаметра седла,),  его называют малоподъемным; полноподъемным клапаном будет считаться тот, у которого высота подъема равняется 1/4 диаметра седла и выше; среднеподъемными считаются клапаны высотой подъема тарелки от 1/20 до 1/4. Подъем золотника над седлом в среднеподъемных и малоподъемных клапанах зависит от давления среды, по этой причине их называют клапанами пропорционального действия, несмотря на то, что подъем не пропорционален давлению рабочей среды. Подобные клапаны используются чаще всего для жидкостей при которых не требуется высокая пропускная способность. Сразу на полный ход тарелки открытие происходит в полноподъемных клапанах, поэтому они получили название клапанов двухпозиционного действия. Подобные изделия отличаются высокой производительностью и используются как на транспортировке жидких, так газообразных сред.

Наибольшие отличия конструкций предохранительных клапанов состоят в видах нагрузки на золотник.

Пружинные клапаны.

В пружинных клапанах сила сжатия пружины противодействует давлению среды на золотник. Один и тот же пружинный клапан может использоваться для самых различных пределов давления путём комплектации клапана разными пружинами. Большинство клапанов выполняются со специальным ручным механизмом (рычагом) для контрольной продувки клапана. Причиной тому необходимость проверки работоспособности клапана, ведь во время эксплуатации не исключены различные проблемы, это может быть примерзание, прикипание или прилипание золотника к седлу. Но на некоторых производствах продувка может быть опасной, например, в условиях токсичных и агрессивных сред или при высоких температурах и давлениях - для таких клапанов не предусматривается возможность ручной продувки и даже запрещена.

Т.к. пружины часто подвергаются воздействию рабочей среды, сбрасываемой из трубопровода или ёмкости, для защиты пружин от слабоагрессивных сред используют специальные покрытия. Обычно в таких клапанах отсутствует уплотнение по штоку. В ситуациях работы с агрессивными средами, пружину надежно изолируют от рабочей среды, используя при этом уплотнение по штоку устройством сальниковым, эластичной мембраной или сильфоном. Уплотнение сильфонное применяется также при недопустимой утечке среды в атмосферу, например на АЭС.

Рычажно-грузовые клапаны

Конструкция рычажного-грузового клапана.

В клапанах рычажного-грузового типа сила от груза противодействует усилию давления рабочей среды на золотник, передается через рычаг на шток клапана. Регулировка подобных клапанов на давление открытия осуществляется фиксацией груза конкретной массы на плече рычага. Используют рычаги и для ручной продувки клапана. Эти устройства нельзя использовать в передвижных сосудах.

Герметизация сёдел больших диаметров осуществляется при помощи значительных масс грузов на длинных рычагах, это способно вызвать значительную вибрацию устройства, в таких ситуациях используются корпуса, где сечение сброса среды создано двумя расположенными параллельно сёдлами - они перекрываются двумя золотниками с помощью двух рычагов с грузами. Получается, что в одном корпусе устанавливаются два работающих параллельно затвора, и это позволяет снизить массы груза и длину рычагов, что в свою очередь дает возможность нормально работать клапану.

Магнито-пружинные клапаны

В устройствах магнито-пружинных клапанов применяют электромагнитный привод, поэтому они не являются арматурой прямого действия. Дополнительное прижатие золотника к седлу в таких клапанах могут обеспечивать электромагниты – в момент достижения давления срабатывания электромагнит автоматически отключается и с этого времени противодействует давлению лишь пружина, а клапан начинает работать как обычный пружинный. Кроме того, электромагнит способен создавать усилие открытия - противодействовать пружине и открывать клапан принудительно. Есть клапаны, где электромагнитный привод способствует дополнительному прижатию и усилию открытия, тогда пружина выступает в качестве страховки на случай прекращения электропитания,  обесточивание делает такие устройства пружинными клапанами прямого действия.

Часто магнито-пружинные клапаны применяют в сложных импульсных устройствах предохранительных как управляющие или импульсные клапаны.

Основные технические требования к клапанам предохранительным:

Наиболее важным и ответственным требованием, которое предъявляется к предохранительным клапанам, является высокая надёжность, она включает в себя:

- своевременное и безотказное открытие клапана при определенном превышении в системе рабочего давления;
- Клапан в открытом положении должен обеспечивать необходимую пропускную способность;
- обеспечение своевременного закрытия с высокой степенью герметичности при определенной величине падения в системе давления после неожиданного аварийного срабатывания и сохранения указанной степени герметичности при возрастании давления до уровня рабочего;
- стабильность работы - в течение всего срока эксплуатации должно быть сохранено заданное число циклов срабатывания параметров настройки, а также требуемого уровня герметичности запора при рабочем давлении.

ООО "ИнвестСтройка" предлагает Вам ознакомиться с другими видами клапанов: Обратный клапан.

Надеемся, что в лице нашей компании Вы приобретете надежного поставщика грузоподъемного, строительного, насосного, электротехнического оборудования.