Общая информация о запорных клапанах

Конструкция запорного клапана выполнена так, что ее запирающий элемент движется параллельно оси потока рабочей среды. Как и большинство другой запорной арматуры, запорный клапан используется для полного перекрытия потока рабочей среды, именно поэтому запорный элемент клапана – золотник, находится либо в закрытом, либо в открытом положении.
Чтобы регулировать расход среды с помощью изменения проходного сечения используют специальные регулирующие клапаны, кроме них существует и запорно-регулирующая арматура, в которой присутствуют сразу две эти функции.

Еще в 1982 году клапаны, у которых затвор приводится в движение при помощи шпинделя и ходовой гайки, называли вентилями. С тех пор клапаном стали называть арматуру с гладким штоком и с резьбовым шпинделем (крутящий момент передается от привода). Вентильный тип запорных клапанов может управляться вручную или с помощью электропривода, а клапаны имеющие гладкий шток управляются пневмо-, гидро- или электромагнитным приводом. Отсечные запорные клапаны отличаются наличием быстродействующих поршневых пневматических приводов и входят в состав защитной арматуры.

Сравнительная простота конструкции запорных клапанов способна обеспечивать хорошую герметизацию в запорном органе, именно поэтому клапаны так широко распространены в качестве запорной арматуры. Запорные клапаны используют для эксплуатации для газообразных и жидких сред с различными рабочими характеристиками – температурой и давлением. Обычное применение клапанов – это трубопровода с относительно небольшим диаметром, т.к. для крупных диаметров возникает необходимость усложнять конструкцию запорного клапана для надежной и безопасной эксплуатации.

Плюсы и минусы

Запорные клапаны обладают следующими плюсами:

- Их можно использовать при высоких температурах и давлениях, в вакууме, с коррозионными и агрессивными средами;
- Просты в ремонте и техническом обслуживании, а также в эксплуатации.

Схожая с задвижками конструкция клапанов имеет значительное отличие - перемещение затвора соответствует оси перемещения потока среды, а вовсе не перпендикулярно ему, что позволяет иметь клапанам множество преимуществ перед задвижками:
- небольшой ход затвора для полного открытия и, конечно, небольшая масса и  строительная высота;
- обеспечить требуемую герметичность затвора в клапанах гораздо проще, по сравнению с задвижками (возможность использования различных уплотнительных колец);
- закрытие и открытие клапана практически исключает трение уплотнения затвора о седло, что дает возможность уменьшить износ поверхностей уплотнительных;
- использование сильфона как уплотнение арматуры по отношению к внешней среде.

К минусам у запорных клапанов можно отнести:

- повышенное гидравлическое сопротивление, создающее большие потери энергии при больших диаметрах прохода и внушительных скоростях среды, а также потребность в повышении
- начального давления в системе;
- ограниченность применения по диаметру;
- наличие застойных зон в большинстве конструкций, скопление в них механических примесей из рабочей среды, шлама, что чревато интенсификацией коррозии в корпусе арматуры.

Принцип действия и устройство

Проходной запорный клапан в разрезе.

Корпус (на рисунке жёлтого цвета) присоединяется к трубопроводу с помощью двух патрубков с концами, фланцевым, штуцерным, муфтовым, цапковым способом или приваркой. Седло расположено внутри корпуса, в положении «закрыто» оно перекрывается затвором (золотником (3)). Через сальниковое уплотнение в крышке проходит шпиндель (1). На изображенной конструкции, ходовая часть запора находится за пределами зоны рабочей среды благодаря бугельному узлу (2). Если уплотнение  сильфонное, тогда не требуется вынесение ходового узла.

Крутящий момент передается от шпинделя (1) к ручному штурвалу или механическому приводу посредством неподвижной ходовой гайки золотника (3), он преобразуется в поступательное движение золотника, поток среды перекрывается когда золотник в крайнем нижнем положении садится в седло. Передаваемое от привода усилие может быть и поступательным, тогда ходовой гайки просто нет и вместо шпинделя применяется гладкий шток.

Конструкции уплотнения

Способ герметизации подвижного соединения шпиндель (шток) - крышка, в клапанах может быть различным - сальниковым, сильфонным и мембранным (диафрагмовым).

Сальниковая арматура

В арматуре сальниковой герметичность крышки и подвижной детали затвора обеспечивается сальниковым устройством, его суть заключается в том, что на внешней поверхности корпуса или крышки в том месте, где проходит шпиндель или шток, получается сальниковая камера, куда укладывается материал уплотнительный — сальниковая набивка. С помощью специальных устройств эта набивка прижимается вдоль оси шпинделя, и уплотняется, упираясь в стенки сальниковой камеры. В результате создаётся надежная герметичность и рабочая среда уже не может проникнуть за пределы корпуса. Если арматура с небольшим размером диаметра поджатие набивки осуществляется накидной гайкой, с большим размером - сальником с помощью пары анкерных или откидных болтов с гайками.

Уплотнение сальниковое отличается выгодными плюсами:
- сальниковая набивка может быть изготовлена из различных материалов, способных обеспечить качественное уплотнение в обширном диапазоне рабочих температур и давлений;
- простая конструкции;
- легкая поднабивка сальника или замена набивки в процессе эксплуатации.

Максимально упрощающие конструкцию сальники, уменьшают стоимость арматуры, но для давления номинального от 2,5 МПа и номинального диаметра более 50 (эти данные весьма ориентировочные) ходовой узел выходит из зоны рабочей среды и становится выше сальникового уплотнения, а в бугельном узле размещают ходовую гайку, т.е. конструкция становится сложнее с целью ликвидации влияния рабочей среды на соединение шпиндель - гайку и увеличения его надёжности и долговечности.

Сильфонная арматура

Уплотнения подвижных элементов в сильфонной арматуре относительно внешней среды позволяет добиться сильфонный узел. Его главным элементом является сильфон - трубка гофрированная. Сильфон из металла с помощью пайки или сварки присоединяется к верхним или нижним кольцам, в результате образуется сильфонная сборка, которая верхней частью герметично соединяется с деталями корпусна арматуры, а своей нижней частью - с золотником или штоком клапана, таким образом, перекрывая возможность утечки рабочей среды во внешнюю. для управления золотником происходит поступательное перемещение штока внутри сильфона, он способен менять свою длину благодаря деформации гофров.

Клапаны сильфонные часто применяют для работы в средах, утечка которых недопустима в окружающую среду. Достоинством таких клапанов является исключение утечки рабочей среды в атмосферу пока срок службы сильфонного узла не окончен. Однако это достигается путём значительного усложнения конструкции и более высокой стоимостью клапана. Ремонт сильфона клапана представляет собой непростую операцию по смене сильфонной сборки, часто в таких случаях клапан просто меняют на новый.

Мембранная арматура

Клапаны мембранные отличаются от клапанов с другой конструкцией.

В подобной арматуре при помощи мембраны обеспечивается внешнее уплотнение, она выполнена в виде упругого диска из достаточно эластичных материалов (фторопласт, резина). Мембранный профиль дает возможность в её центральной части производить возвратно-поступательное движение, которое является достаточным для закрытия или открытия регулирующего или запорного органа арматуры. Устанавливается мембрана таким образом, чтобы быть зажатой по наружному диаметру между крышкой и корпусом, что обеспечивает герметичное соединение корпусных деталей, а также отсекает от внешней среды внутреннюю полость арматуры.

Эти клапаны особенны тем, что диафрагма может выполнять одновременно и функцию затвора, под действием шпинделя перекрывая проход через корпус рабочей среды.
Подобная конструкция дает возможность не применяя нержавеющие стали иметь чугунные клапаны, которые пригодны для самых различных агрессивных сред. Достигается это покрытием (футеровкой) поверхностей внутри корпуса коррозионостойкими материалами (фторопласт, полиэтилен, резина, эмали).
Минусами клапанов является небольшой срок годности мембраны, небольшие пределы давления и температур для использования.

Направление потока

Конструкция корпуса и монтаж на трубопроводе связаны с направлением потока рабочей среды:
- проходные клапаны — направление потока среды одинаковое на входе и выходе, однако иногда ось выходного патрубка расположена параллельно входному. В проходном клапане поток среды делает минимум два поворота на 90°, это приводит к повышенному гидросопротивлению и к застойным зонам в корпусе;
- в угловых клапанах поток делает поворт на 90° один раз, это позволяет уменьшить гидросопротивление. Значительным недостатком угловых клапанов является ограничение области их применения поворотными участками трубопроводов;
- в клапанах прямоточных, как и в проходных, сохраняется направление потока, однако ось шпинделя расположена наклонно, а не перпендикулярно к оси прохода. Подобная конструкция позволяет спрямить поток и снизить гидросопротивление, хотя при этом ход затвора увеличивается, а также масса изделия и его строительная длина.

Конструкция рабочего органа

В клапанах затворы могут быть тарельчатыми или коническими.

Поверхности уплотнительные затвора тарельчатого могут быть конусными или плоскими,  с конусными уплотнениями седло в корпусе осуществляется в виде фаски. Уплотнения плоские могут состоять из различных неметаллических материалов, металлов и сплавов. Для клапанов высоких давлений с наличием взвешенных частиц в среде используются конусные уплотнения, металл по металлу.

Затвор конический используется в клапанах, имеющих номинальный диаметр не выше 25, для давлений от 16 МПа и выше. Подобные клапаны носят название игольчатых.

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

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