ФУНКЦИИ АРМАТУРЫ ТРУБОПРОВОДОВ И ЕЁ ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ

ФУНКЦИИ АРМАТУРЫ ТРУБОПРОВОДОВ И ЕЁ ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ

Арматура трубопроводов относится к наиболее распространённому виду оборудования на АЭС. Несмотря на большое разнообразие типов, форм и размеров арматуры трубопроводов, все они имеют некоторые основные узлы. В этой главе рассматриваются общие узлы и функции арматуры.

ПЦ 1.1     Дать описание четырёх основных видов элементов управления потоком, применяемых в конструкции арматуры трубопроводов

ПЦ 1.2     Описать, каким образом контролируются протечки по штоку

ПЦ 1.3     Имея чертёж клапана, определить на нём следующие элементы:

a.    Корпус                                                       e.           Сальник

b.   Крышка                                                     f.           Седло

c.   Шток                                                           g.           Диск

d.   Привод

Введение

В состав арматуры трубопроводов входят механические устройства, которые управляют расходом жидкости и давлением в технологической системе или процессе. Арматура управляет расходом и давлением в системе или процессе, выполняя какую-либо из следующих функций:

·                Включение или отключение потока жидкости;

·                Изменение ( дросселирование ) расхода жидкости;

·                Управление направлением потока жидкости;

·                Регулирование давления по ходу потока в системе или технологическом процессе;

·                Недопущение повышения давления в оборудовании или в трубопроводах.

Имеется много конструкций и типов арматуры, выполняющей одну или более вышеназванных функций. Большое разнообразие типов и конструкций даёт возможность  подобрать необходимую арматуру, обеспечивающую безопасность в широком диапазоне промышленных применений.

Независимо от типа вся  арматура трубопроводов имеет следующие основные узлы: корпус, крышка, запорный орган ( внутренние элементы ), привод и сальник. Основные узлы арматуры показаны на рисунке 1.

Корпус арматуры трубопроводов

Корпус, иногда называемый остовом, является в арматуре трубопроводов первичной границей раздела сред с разными давлениями.  Он служит главным элементом всей конструкции клапана, поскольку он несёт на себе все остальные узлы.

Корпус, первая граница давления в арматуре , воспринимает нагрузки от давления воды в соединённых с ним трубопроводах. Входной и выходной трубопроводы соединяются с ним с помощью резьбы, болтовых  или сварных соединений.

Корпусаарматуры изготавливаются ковкой или отливкой и могут иметь разнообразные формы. Хотя сфера или цилиндр теоретически была бы наиболее экономичной формой, оказывающей сопротивление давлению жидкости в открытом положении арматуры , имеется и много других соображений. Например, во многих клапанах требуется перегородка поперёк корпуса клапана, в которой закрепляется седло с отверстием, являющееся дросселирующим органом. При закрытом клапане трудно определить нагрузку на корпус. Трубопроводы , подсоединённые к клапану,  также искажают нагрузку на клапаны простой шаровидной формы и на клапаны более сложных форм. Дополнительными важными соображениями являются простота изготовления, сборки и стоимость. Из этих соображений основной формой корпуса арматуры обычно является не шаровая форма, а более сложные формы, в которых съёмная крышка, делающая возможной разборку клапана, образует часть корпуса, выдерживающего давление рабочей среды.

Сужение прохода для жидкости ( эффект Вентури ) также является широко распространённым методом, позволяющим снизить габаритные размеры и стоимость  арматуры. В других случаях к клапану присоединяются переходники для подключения его к трубопроводам большего диаметра.

Крышка  арматуры трубопроводов

Узлом, закрывающим отверстие в корпусе арматуры , является крышка. В некоторых конструкциях сама крышка состоит из двух секций, которые соединяются друг с другом с помощью болтов. Так же, как и корпуса арматуры , крышки различаются по конструкции. Некоторые крышки просто выполняют функции крышек, в то время как другие служат несущей конструкцией для внутренних узлов и других деталей, таких как шток, диск или привод.

Крышка служит второй главной границей раздела сред в арматуре трубопроводов. Она изготавливается методом ковки или отливки из того же материала, что и корпус, и соединяется с корпусом с помощью резьбового, болтового или сварного соединения. Во всех случаях стык крышки с корпусом считается  находящимся на границе объёма, воспринимающего давление. Это означает, что сварное или болтовое соединение крышки к корпусу  должно выдерживать давление среды в клапане.

Крышки  арматуры, хотя и являются необходимым узлом для многих из её видов, усложняют их конструкцию и эксплуатацию. Крышки усложняют изготовление арматуры , увеличивают её размеры, составляют значительную часть в стоимости  арматуры и являются потенциальным источником утечек.

Запорный орган ( внутренние элементы )

К запорному органу ( внутренним элементам ) обычно относятся диск, седло, шток и направляющие втулки штока. Работа клапана определяется взаимодействием диска с седлом, в частности, их взаимным расположением.

Внутренние элементы позволяют управлять потоком среды. Внутренние элементы с вращательным движением создают перемещение диска вблизи седла, изменяя степень открытия отверстия. Внутренние элементы с линейным  движением диска обеспечивают его движение в направлении, перпендикулярном оси седла, открывая кольцевое отверстие.

Диск и седло

У клапанов с крышкой диск является третьей основной границей раздела сред с разными давлениями. Диск обеспечивает возможность перекрывать или разрешать поток жидкости. Если диск находится в положении перекрытия потока, то к нему прикладыватся полное давление системы при условии, что на выходе клапана давление отсутствует. По этой причине диск должен быть рассчитан на полное давление. Диски обычно изготавливаются методом ковки и в некоторых конструкциях клапанов имеют упрочнение поверхности, что обеспечивает их износоустойчивость. Шлифовка поверхности диска, прилегающей к седлу, необходима для обеспечения герметичности запорного органа в закрытом положении клапана. В названиях большей части арматуры трубопроводов отражается конструкция их дисков.

Поверхностью, на которую садится диск, является седло или уплотняющие кольца. В некоторых конструкциях корпус арматуры обрабатывается таким образом, что само седло является его частью, и не нужны специальные уплотняющие кольца. В других конструкциях арматуры для создания поверхности седла в корпус клапана ввариваются или ввинчиваются кованые уплотняющие кольца. Для повышения износоустойчивости уплотняющих колец их поверхность часто подвергают поверхностному уплотнению с помощью сварки и последующей механической обработки контактной поверхности уплотняющего кольца. Для обеспечения хорошего уплотнения в закрытом положении клапана необходима шлифовка контактных поверхностей запорного органа. Уплотняющие кольца обычно не считаются границей раздела сред с разными давлениями, так как корпус арматуры имеет толщину стенок, достаточную для того, чтобы выдержать проектное давление, не полагаясь на толщину уплотняющих колец.

Шток

С помощью штока, который соединяет привод с диском, производится установка диска в нужное положение. Штоки обычно изготавливают методом ковки и соединяют с диском резьбовыми или сварными соединениями. Для тех конструкций клапанов, в которых для предотвращения утечек необходимы сальники или уплотнения, производится шлифовка штоков в месте расположения уплотнения. Обычно шток не считается частью границы раздела сред с разными давлениями.

Соединение диска со штоком может допускать некоторые колебания или поворот диска относительно штока, что облегчает его установку на седло. Кроме того, шток может быть достаточно гибким, что также облегчает  установку диска на седло. Однако постоянные колебания или поворот гибкого или свободно соединённого со штоком диска могут привести к повреждению диска или штока в месте его соединения с диском.

По виду движения штока различают арматуру с выдвижным и с невыдвижным штоком. Разница между этими двумя конструкциями хорошо видна из рисунков 2 и 3. В арматуре с выдвижным штоком по мере открытия клапана шток поднимается над приводом. Это происходит потому, что шток имеет резьбу и находится в зацеплении с гайкой бугеля, который является частью крышки или смонтирован на ней. В арматуре с невыдвижным штоком нет видимого перемещения штока, наблюдаемого снаружи клапана. В этой конструкции диск имеет внутреннюю резьбу и сопрягается с витками резьбы штока.

Привод арматуры

Привод арматуры перемещает шток с диском. В качестве привода может использоваться ручной штурвал, ручной рычаг, электродвигательный привод, соленоидный привод, пневматический привод или гидропривод. В некоторых конструкциях привод устанавливается на крышке. В других конструкциях привод устанавливается на бугеле, смонтированном на крышке арматуры.

Приводы обычно находятся вне элементов арматуры, ограничивающих давление среды, кроме некоторых клапанов с гидроприводом. Бугели, если таковые имеются, также всегда находятся снаружи по отношению к давлению среды в клапане.

Сальниковые уплотнения арматуры

В большинстве типов арматуры используются различные уплотнения, которые предотвращают протечки из простраства между штоком арматуры и корпусом. Сальниковые уплотнения обычно состоят из волокнистого материала ( такого как лён ) или другого компаунда ( такого как тефлон ), который образует уплотнение между внутренними частями клапана и наружной средой в месте прохождения штока через корпус.

Сальниковая набивка должна иметь определённую степень сжатия, чтобы предовратить протечки жидкости и повреждение штока клапана. Если набивка клапана недостаточно плотная, то будут иметь место протечки, что представляет опасность для персонала и оборудования. Если набивка будет слишком плотная, то это будет затруднять движение штока и может привести к его повреждению.

Классификация арматуры

В связи с большим разнообразием технологических систем, текучих сред и условий работы арматуры разработан широкий диапазон разновидностей арматуры. Примерами наиболее часто применяемых видов являются шаровой клапан, задвижка, шаровой затвор, пробковый кран, двустворчатый клапан, мембранный клапан, обратный клапан, отсечной клапан и предохранительный клапан. Каждый вид клапана предназначен для определённых задач. Некоторые виды клапанов могут дросселировать поток жидкости, другие могут  только отсекать поток жидкости, некоторые клапаны могут работать в условиях повышенной коррозии, а другие могут работать в условиях повышенных давлений. Каждый из типов клапанов имеет присущие ему достоинства и недостатки. Для успешной эксплуатации оборудования необходимо понимать эти различия и их влияние на выбор и работу арматуры трубопроводов.

Хотя все виды арматуры имеют одни и те же основные узлы и предназначены для управления потоком текучих сред тем или иным способом, методы управления потоком могут существенно отличаться. В общем, имеется четыре метода управления потоком через клапан.

1.                   Движение диска или пробки в сторону  или против отверстия (например, шаровой или игольчатый клапан )

2.         Скольжение плоской, цилиндрической или сферической поверхности по отношению к отверстию ( например, задвижка или пробочный клапан )

3.         Вращение диска или эллипса относительно оси, проходящей по диаметру отверстия ( например, створчатый клапан или шаровой затвор)

4.         Вдвигание гибкого материала в поток жидкости ( например, мембранные или отсечные клапаны )

Каждый метод управления потоком имеет свои характеристики, которые делают его наиболее подходящим для данного практического приложения или функции.

Выводы

Основная информация данной главы в сжатом виде приводится ниже

Выводы по функциям арматуры и её основным узлам

Имеется четыре основных вида элементов управления потоком текучих сред, используемых в конструкциях арматуры трубопроводов.

1.             Движение диска или пробки в сторону  или против отверстия (например, шаровой или игольчатый клапан)

2.             Скольжение плоской, цилиндрической или сферической поверхности по отношению к отверстию ( например, задвижка или пробочный клапан )

3.             Вращение диска или эллипса относительно оси, проходящей по диаметру отверстия ( например, створчатый клапан или шаровой затвор)

4.             Вдвигание гибкого материала в поток жидкости ( например, мембранные или отсечные клапаны )

Протечки вдоль штока арматуры обычно контролируются за счёт соответствующего сжатия сальниковой набивки вокруг штока арматуры

Имеется семь основных узлов, которые являются общими для всех видов арматуры.       

Корпус                                                                  Сальник

Крышка                                                                 Седло

Шток                                                                     Диск

Привод

РАЗНОВИДНОСТИ АРМАТУРЫ ТРУБОПРОВОДОВ

В связи с большим разнообразием технологических систем, текучих сред, потоки которых необходимо контролировать,  и условий работы арматуры, разработан широкий диапазон разновидностей арматуры.  Для успешного решения вопроса о выборе того или иного типа арматуры на стадии проектирования и для её успешной эксплуатации  необходимо понимать эти различия и их влияние на выбор и работу арматуры трубопроводов.

ПЦ 1.4        Имея чертёж клапана, определить по нему, к какой разновидности относится данный клапан                                                                  

a.       Шаровой клапан                                 g.        Мембранный клапан

b.      Задвижка                                             h.        Отсечной клапан

c.       Пробковый кран                                 i.         Обратный клапан

d.      Шаровой затвор                                  j.         Предохранительный клапан

e.       Игольчатый клапан                            k.        Редуцирующий клапан

f.       Двустворчатый клапан                               

ПЦ 1.5        Дать описание применения следующих типов клапанов:

a.       Шаровой клапан                                 g.        Мембранный клапан

b.      Задвижка                                             h.        Отсечной клапан

c.       Пробковый кран                                 i.         Обратный клапан

d.      Шаровой затвор                                  j.         Предохранительный клапан

e.       Игольчатый клапан                            k.        Редуцирующий клапан

f.       Двустворчатый клапан

Задвижка ( запорный клапан )

Запорный клапан или задвижка - это клапан с линейным движением, используемый для перекрытия или разрешения потока жидкости; он, однако, не регулирует и не дросселирует поток. Название “ запорный “ соответствует конструкции диска, который запирает поток. На рисунке 4 показан запорный клапан ( задвижка ).

При полном открытии задвижки диск полностью выдвигается из потока жидкости. В связи с этим в открытом положении клапан не оказывает практически никакого сопротивления потоку. Поэтому на открытом клапане имеется лишь небольшой перепад давления.

При полном закрытии клапана по всей окружности в 360  имеется контакт между диском и уплотняющим кольцом, за счёт чего обеспечивается надёжное уплотнение. При плотном прилегании диска к уплотняющему кольцу в закрытом положении клапана отсутствуют полностью или же существуют незначительные протечки через запорный орган задвижки.

При открывании запорного клапана процент открытия его проходного сечения изменяется в значительной степени нелинейно. Это означает, что при движении штока расход через клапан также меняется нелинейно. К тому же, при частично открывающем проходное сечение диске возможно возникновение вибрации диска, вызванное потоком жидкости. Основное изменение потока происходит вблизи положения отсечки , при этом относительно высокая скорость потока жидкости вызывает износ диска и седла, поэтому при использовании задвижки для регулирования расхода в конце концов появляется неплотность запорного органа.

По этой причине задвижки не используются для регулирования или дросселирования потока.

Запорные клапаны могут применяться для широкого диапазона жидкостей и обеспечивают надёжное перекрытие потока в закрытом положении. Основными недостатками запорных клапанов, ограничивающими их применение, являются следующие:

·                Они не пригодны для дросселирования потока жидкости

·                В них может возникать вибрация в положении неполного открытия

·                Они более подвержены износу диска и седла, чем шаровые клапаны

·                Они представляют большую трудность для выполнения таких ремонтных операций, как абразивная обработка и притирка

Конструкции дисков запорных клапанов

В запорных клапанах встречаются разные конструкции дисков. Классификация задвижек обычно производится по типу используемого в них диска: сплошной клин, гибкий клин, расщеплённый клин или параллельный диск.

Диски типа сплошной клин, гибкий клин, расщеплённый клин используются в клапанах с наклонными  седлами. Параллельные диски используются в клапанах с параллельными сёдлами.

Независимо от типа применяемого клина или диска, он обычно является заменяемым элементом. В тех случаях, когда наличие твёрдых частиц или высоких скоростей жидкости может вызвать быструю эрозию седла или диска, клапаны и их узлы должны иметь высокую износоустойчивость поверхности и  обеспечивать возможность замены как сёдел, так и дисков. Если сёдла не являются заменяемыми, то повреждение седла может потребовать перешлифовки седла по месту или же демонтажа задвижки из трубопровода для восстановления поверхности седла. Конструкция клапанов, работающих в условиях повышенной коррозии, обычно должна предусматривать замену сёдел.

Сплошной клин

Диск в виде сплошного клина, показанный  на рисунке 5, наиболее часто встречается в задвижках вследствие его простоты и обеспечиваемой им прочности. Задвижки с клином такого типа могут быть установлены в любом положении и подходят почти для всех жидких сред. Он подходит также для турбулентного потока.

Гибкий клин

Гибкий клиновый диск запорного клапана, показанный на рисунке 6, представляет собой диск в виде одной детали с выемкой по периметру, за счёт чего появляется возможность компенсироать погрешность установки седла или изменение угла между сёдлами. Выемка может иметь разные размеры, форму и глубину. Неглубокая узкая выемка придаёт диску незначительную гибкость, но сохраняет его прочность. Если диск имеет более глубокую и широкую выемку или внутреннюю полость, полученную при отливке, то в центре диска становится меньше металла, в связи с чем  повышается  его гибкость, но может снизиться прочность.

Правильный профиль половины диска в конструкции с гибким клином придаёт кромке диска свойство равномерного прогиба, благодаря чему усилие, приложенное к клиновому диску, обеспечивает его равномерную и плотную посадку на седло.

Задвижки, применяемые в системах с паром, имеют гибкие клинья. Причина использования гибкого затвора заключается в том, чтобы предотвратить заклинивание затвора в клапане, когда клапан находится в закрытом положении. При нагреве трубопроводов пара они расширяются и вызывают некоторый изгиб корпуса клапана. Если сплошной клин плотно сел на седло при холодной системе паропроводов, то при её нагреве и удлинении трубопроводов, сёдла могут прижаться к затвору клапана и заклинить его в закрытом положении. Этой проблемы можно избежать за счёт использования гибкого затвора, конструкция которого допускает прогиб затвора при сжатии его седлом.

Существенной проблемой, связанной с гибким запорным органом, является возможность накопления воды в выточке корпуса. При некоторых условиях поступление пара может вызвать разрыв выточки корпуса клапана, срыв крышки клапана или разрушение уплотнительного кольца. Чтобы этого не допустить, необходимо соблюдать правильные процедуры прогрева оборудования системы.

Расщеплённый клин

В конструкции диска запорного клапана с расщеплённым клином, показанной на рисунке 7, применяется шаровой наконечник и подпятник. Эти клинья самоустанавливаются и самовыравниваются по отношению к обеим поверхностям седла. Диск имеет возможность самовыравнивания на поверхности седла, если его одна половина слегка перекошена из-за попадания постороннего материала между половиной диска и кольцом седла. Этот тип клиньев применяется в системах с неконденсирующимися газами и жидкостями при нормальных температурах, особенно коррозионно активными жидкостями. Свобода перемещения диска на штоке предотвращает его заклинивание даже в случае, если клапан был закрыт в горячем состоянии, а при последующем остывании произошло его сжатие. Клапаны этого типа должны устанавливаться только в вертикальном положении штока.

Рис. 8 Задвижка с параллельными дисками

Параллельные диски

Запорный клапан с параллельным диском, показанный на рисунке 8, используется в тех случаях, когда нужно предотвратить заклинивание клапана при изменениях температуры.  Эта конструкция используется как для низких, так и для высоких давлений.

Клиновые поверхности между половинами диска с параллельными рабочими поверхностями передают осевое усилие штока на эти половины диска, раздвигают их и заставляют их плотно садиться на сёдла. Клинья со скошенными кромками могут быть частью половин диска или же могут быть отдельными элементами. Нижний клин иногда может достигать буртика на дне клапана, при этом шток развивает усилие, достаточное для плотной посадки. В некоторых клапанах контактные поверхности клапана имеют искривление, благодаря чему контакт между поверхностями получается оптимальным.

В других конструкциях запорных органов с параллельными дисками нет раздвигания  двух половин диска под действием клина. В отличие от этого, давление до клапана по ходу потока удерживает диск в положении плотного прижатия к седлу. Кольцо штока поднимает диски, а пружина или пружины удерживает диски разведёнными относительно друг друга и посаженными на сёдла , когда нет давления среды до клапана.

Некоторые конструкции запорных клапанов с параллельными дисками обеспечивают плотное закрытие только одного отверстия. В таких конструкциях усилие со стороны высокого давления перемещает диск в сторону открытия (разгружает диск) на стороне высокого давления, но заставляет диск занять положение закрытия на стороне низкого давления. В таких клапанах величина протечек через запорный орган снижается по мере увеличения приложенной к нему разности давлений. Эти клапаны обычно имеют указатель направления потока, который показывает, какая сторона является стороной высокого давления ( разгрузочной стороной ). Необходимо соблюдать осторожность при их установке,  чтобы установить их в соответствии с направлением потока.

В других конструкциях запорных органов с параллельными дисками, используемых в системах высокого давления, имеются встроенные в крышку воздушники и байпасные линии. Для уравнивания давлений по обе стороны клапана перед его открытием используется трёхходовой кран, с помощью которого открывается байпасная линия. Когда задвижка закрыта, трёхходовым краном соединяют пространство под крышкой клапана с трубопроводом с одной или с другой стороны. Это предотвращает образование влаги в пространстве под крышкой. В закрытом положении клапана трёхходовой кран устанавливают в положение, при котором пространство под крышкой соединяется со стороной высокого давления. Это гарантирует отсутствие байпаса для потока, который перекрывается запорным клапаном. Высокое давление противодействует сжатию пружины и заставляет один из затворов  сместиться со своего седла. Трёхходовой клапан возвращает этот поток  обратно к источнику давления.

Конструкция штока запорных клапанов

Задвижки могут быть либо с выдвижным штоком, либо с невыдвижным штоком.  В задвижках с невыдвижным штоком на нижнем конце штока в месте его соединения с затвором имеется резьба. При вращении ручного штурвала привода  диск затвора перемещается вверх или вниз по резьбе штока, в то время как сам шток в вертикальном направлении не перемещается. Клапаны этого типа почти всегда имеют механический стрелочный индикатор в верхней части штока, соединённый с его резьбой, который показывает положение запорного органа клапана. На рисунках 2 и 3 показаны задвижки с  выдвижным штоком и с невыдвижным штоком.

В задвижках с невыдвижным штоком резьба штока находится внутри корпуса и отделена от окружающей среды сальниковым уплотнением клапана. В этой конструкции шток просто совершает вращательное движение относительно корпуса клапана и его уплотнения, при этом исключается перенос каких либо загрязнений снаружи во внутрь сальникового уплотнения.

В задвижках с выдвижным штоком при их открывании шток выдвигается из корпуса в направлении, перпендикулярном потоку. Имеются две отличающиеся друг от друга конструкции. В одной из них шток поднимается через штурвал, а в другой шток движется через резьбу, которая является элементом корпуса.

Конструкции седла задвижки

Сёдла задвижек могут выполнятся либо как одно целое с корпусом задвижки, либо в виде колец седла. Если сёдла выполнены в виде колец, то они закрепляются в нужном положении либо на резьбе, либо запрессовываются и привариваются к корпусу задвижки. Последняя конструкция рекомендуется для условий работы при высоких температурах.

Встроенные в корпус сёдла выполнены из того же конструкционного материала, что и корпус задвижки. Сёдла в виде запрессованных колец или колец с резьбой допускают применение других материалов. Для тех условий, когда это необходимо, могут быть установлены кольца с наплавкой твёрдым сплавом.

Небольшие задвижки из кованой стали могут иметь сёдла с наплавкой твёрдым сплавом, запрессованные в корпус. В некоторых сериях клапаны этого типа, имеющие размеры от 1/ 2 до 2 дюймов, рассчитаны на давление пара 2500 фунтов на квадратный дюйм. В задвижках больших размеров диски часто выполняются в виде сплошного клина, а сёдла - в виде колец с резьбой, или вваренных или запрессованных в корпус. Сёдла в виде колец с резьбой считаются заменяемыми, т.к. их можно снять и установить вместо них новые кольца.

Шаровые клапаны

Шаровой клапан является клапаном с линейным движением и предназначен для  запрета, разрешения и регулирования расхода жидкости. Шаровой клапан с Z-образным корпусом показан на рисунке 9.

Как видно из рисунка, диск шарового клапана может быть либо полностью выведен из потока, либо полностью перекрывать поток. Главной особенностью принципа действия шарового клапана является движение его диска перпендикулярно плоскости седла. По этой причине кольцевое пространство между диском и  седлом постепенно уменьшается по мере закрытия клапана. Благодаря этой особенности шарового клапана он имеет хорошую способность дросселировать поток, что позволяет использовать его для регулирования расхода. Поэтому шаровой клапан может использоваться как для перекрытия и разрешения потока, так и для его регулирования.

По сравнению с задвижкой шаровой клапан обычно имеет намного меньшие неплотности запорного органа. Это связано с тем, что контакт диска с седлом происходит больше под прямым углом, поэтому усилие закрытия может плотно посадить диск на седло.

Шаровые клапаны могут иметь такую конструкцию, что направление посадки  диска на седло может быть противоположно направлению потока жидкости или может совпадать с направлением потока. Если диск при закрытии движется против направления потока, то кинетическая энергия потока препятствует закрыванию, но помогает открыванию клапана. Если диск  при закрытии движется по направлению потока, то кинетическая энергия потока помогает закрыванию, но препятствует открыванию клапана. Эта характеристика предпочтительна для быстродействующих стопорных клапанов по сравнению с другими конструкциями.

Шаровые клапаны также имеют недостатки. Наиболее очевидным недостатком простого шарового клапана является большая потеря напора из-за того, что в корпусе клапана поток жидкости совершает два или более поворота  под прямым углом. Препятствия и разрывы потока вызывают потерю напора. В большой линии с высоким давлением гидравлические динамические эффекты от пульсаций, ударов и падения давления могут вызвать повреждения внутренних элементов, сальника штока и привода. Кроме того, для управления шаровыми клапанами большого размера требуется большая мощность, а при высоких давлениях они  создают большой шум.

К другим недостаткам шаровых клапанов относится необходимость больших отверстий для сборки диска, больший вес по сравнению с клапанами других типов, имеющими такой же расход, а также консольная установка диска на штоке.

Конструкции корпуса шаровых клапанов

Три основные конструкции корпуса шаровых клапанов - это Z-образный корпус,
Y-образный корпус и прямоугольный корпус.

Z-образный корпус

Z-образный корпус - это наиболее простая конструкция, наиболее широко применяемая для систем с водой. Z-образный корпус показан на рисунке 9. В корпусе такой конструкции Z-образная диафрагма или перегородка в шаровом корпусе содержит седло. Горизонтальная установка седла позволяет штоку и диску двигаться под прямым углом к оси трубопровода. Шток проходит через крышку, которая закреплена в большом отверстии в верхней части корпуса клапана. Это обеспечивает симметричную форму корпуса, которая облегчает изготовление, установку и ремонт клапана.

Y-образный корпус

На рисунке 10 показан типичный шаровой  клапан с Y-образным корпусом. Такая конструкция клапана позволяет исключить один из недостатков шарового клапана - большой перепад давлений на нём. Седло и шток имеют наклон примерно 45 . Наклон обеспечивает более прямой путь потока ( при полном открытии ) и повышает прочность корпуса в месте установки крышки, штока и уплотнения.

Клапаны с Y-образным корпусом более всего подходят для работы при высоких давлениях и в других тяжёлых условиях. В арматуре небольших размеров с прерывистым потоком потеря давления на клапане не является определяющим фактором, влияющим на выбор конструкции с Y-образным корпусом. В связи с этим проходное сечение   арматуры с Y-образным корпусом небольших размеров не требует столь тщательного профилирования, как для арматуры больших размеров.

Конструкция арматуры с поворотом потока на прямой угол

Арматура с поворотом потока на прямой угол, показанная на рисунке 11, является простой модификацией базового варианта шарового клапана. Благодаря тому, что патрубки расположены под прямым углом, диафрагма может быть выполнена в виде простой плоской пластины. Проходя через клапан, жидкость совершает только один поворот на 90 , и создаёт более симметричный напор, чем в обычном клапане. Особым преимуществом арматуры с поворотом потока на прямой угол является то, что она может использоваться как в качестве клапана, так и в качестве колена трубопровода.

Арматура с поворотом потока на прямой угол при нормальных условиях по давлению, температуре и расходу работает так же, как и обычный шаровой клапан. По режиму в напорной магистрали арматура с поворотом потока на прямой угол более предпочтительна с точки зрения динамики потока и эрозии.

	Рис. 11 Шаровой клапан с поворотом потока на прямой угол

 

Составной диск

В конструкции составного диска применяется вставка в виде твёрдого неметаллического кольца. Кольцо-вставка обеспечивает более плотное закрытие.  Составные диски в основном применяются в системах с паром и горячей водой. Они выдерживают эрозию и в то же время достаточно упруги: если при закрытии клапана на поверхность диска попадают твёрдые частицы, то клапан не повреждается. Составные диски заменяемы.

Пробочный диск

Благодаря своей конфигурации пробочный диск обеспечивает лучшее дросселирование, чем шаровой или составной диск. Имеется большое разнообразие специальных конструкций пробочных дисков. В общем, все они имеют форму удлинённого конуса.

Соединение диска и штока шарового клапана

В шаровых клапанах используется два метода соединения диска и штока: конструкция с Т-образным пазом и конструкция с гайкой в диске. В конструкции с Т-образным пазом диск скользит по штоку.  В конструкции с гайкой в диске диск навинчивается на шток.

Сёдла шаровых клапанов

Сёдла шаровых клапанов либо составляют одно целое с корпусом, либо закрепляются в нём на резьбе. Во многих клапанах имеются обратные сёдла. За счёт обратного седла обеспечивается уплотнение между штоком и крышкой. При полном открытии клапана диск садится на обратное седло. Конструкция обратного седла защищает уплотнение клапана от давления системы.

Направление потока в шаровых клапанах

Для работы в условиях низких температур шаровые клапаны  и клапаны с поворотом потока на прямой угол устанавливаются таким образом, что давление находится под диском.  Это облегчает работу клапана, помогает защитить уплотнение и в некоторой степени снижает эрозию поверхностей седла и диска. Для работы в системах с паром высокой температуры шаровые клапаны устанавливаются таким образом, что давление находится над диском. Иначе может произойти сжатие штока при его охлаждении, и диск может отойти от седла.

Шаровые затворы

Шаровой затвор представляет собой клапан с вращательным движением, в котором Рис. 12 Типичный шаровой затвор

для прекращения и разрешения потока жидкости используется  шарообразный диск. Шар, показанный на рисунке 12, выполняет те же функции, что и диск в шаровом клапане. При установке ручки клапана в положение открытия шар поворачивается в положение, при котором отверстие в нём совмещается с каналом в корпусе клапана, расположенным по одной линии с входным и выходным отверстиями. При закрытии клапана шар поворачивается таким образом, что отверстие в нём становится перпендикулярно по отношению к проходному каналу в корпусе клапана, и поток отсекается.

Большинство приводов шаровых клапанов относятся к классу быстродействующих приводов, для которых требуется 90-градусный поворот рычага управления клапаном. Другие приводы шаровых клапанов имеют планетарный шестерёнчатый редуктор. Такой тип редуктора позволяет с помощью относительно небольшого ручного штурвала и небольшого усилия управлять довольно большими клапанами.

В некоторых шаровых клапанах имеется пробка, имеющая сферическую поверхность с покрытием, которая смещается в одну сторону в положении открытия и поворачивается в сторону потока до тех пор, пока полностью его не перекроет. При установке пробки на седло она движется эксцентрично. Такой клапан не требует смазки и может использоваться для дросселирования.

Преимущества

Шаровые клапаны в целом из всех клапанов  имеют наименьшую стоимость изготовления и технического обслуживания. Кроме того, что они имеют высокое быстродействие ( включение - отключение за четверть оборота ), шаровые клапаны компактны, не требуют смазки и обеспечивают хорошее уплотнение при малом вращающем моменте.

Недостатки

Шаровые клапаны обычной конструкции имеют неудовлетворительные характеристики дросселирования. В положении дросселирования частично открытое седло подвергается быстрой эрозии из-за соударений с частицами потока среды, имеющего высокую скорость.

Виды отверстий

Шаровые затворы выпускаются с отверстиями в виде трубки Вентури, уменьшенными и полнопрофильными. Затвор с полнопрофильным отверстием имеет в шаре расточку, диаметр которой равен внутреннему диаметру трубы

Материалы клапанов

Шаровые затворы обычно изготавливаются из металла и имеют металлический корпус, а внутренние элементы ( сёдла ) - из эластомеров ( упругих материалов, похожих на резину ). Имеются также конструкции из пластмасс.

Упругие сёдла для шаровых затворов могут изготовляться из различных эластомерных материалов. Наиболее распространённые материалы для сёдел - тефлон (TFE ), тефлон с наполнителем, нейлон, синтетический каучук ( буна - N), неопрен и комбинации этих материалов. Из-за того, что в них применяются эластомерные материалы, эти клапаны нельзя применять при повышенных температурах. При выборе материала сёдел шаровых затворов необходимо обеспечивать его совместимость с материалами рабочих сред клапана.

Конструкция штока шарового затвора

Шток шарового затвора не крепится жёстким соединением к шару. Обычно он имеет прямоугольный хвостовик на конце, обращённом в сторону шара, который входит в паз, вырезанный в шаре. Рычаг, воздействуя на шток, поворачивает шар затвора.

Конструкция крышки шарового  затвора

Крышка шарового затвора крепится к корпусу, за счёт чего фиксируется положение узла штока и шара. Регулируя положение крышки, меняют степень сжатия сальниковой набивки, которая обеспечивает уплотнение штока. Уплотнение штока шарового затвора обычно выполняется в виде матрицы из уплотняющих колец из тефлона, материала с тефлоновым наполнением или с тефлоновой пропиткой. Штоки некоторых шаровых затворов уплотняются простыми кольцами, а не сальниковой набивкой.

Указание положения шарового затвора

Некоторые шаровые затворы имеют ограничители, которые допускают поворот  только на 90 . Другие затворы не имеют ограничителей и могут поворачиваться на 360 . Независимо от наличия ограничителей,  для закрывания или открывания клапана требуется поворот шара на 90.

Положение шарового затвора указывает его приводной рычаг. Если его рукоятка расположена вдоль оси клапана, то клапан открыт. Если рукоятка расположена под углом 90  к оси клапана, то он закрыт. В некоторых клапанах штоки  имеют специальную канавку на верхней поверхности, которая указывает направление потока через клапан. Наблюдение за положением канавки позволяет определить положение отверстия в запорном органе клапана. Это особенно важно для шаровых затворов с несколькими отверстиями.

Пробковые краны

Пробковый кран является клапаном с вращательным движением, он применяется для отсекания или разрешения потока жидкости. Своё название он получил от диска ( запорного органа ), который похож на пробку. Пробковый кран наиболее распространённой формы показан на рисунке 13. В корпусе пробкового крана механической обработкой выполняется отверстие, в которое вставляется конусообразная или цилиндрическая пробка. Запорный орган представляет собой  цельную пробку, в которой выполняется проходное отверстие под прямым углом к продольной оси пробки. В положении открытия проходное отверстие в пробке совпадает со входным и выходным отверстиями в корпусе крана. Когда пробку поворачивают на 90  от положения открытия, её сплошная часть перекрывает отверстия и останавливает поток  жидкости.

Имеются различные исполнения пробковых кранов: требующие смазки или работающие без смазки, с различными конфигурациями проходных отверстий в пробке, а также с различными конструкциями пробок.

Отверстия в пробках

Важной характеристикой пробкового крана является возможность его использования в конструкциях с несколькими отверстиями. Краны с несколькими отверстиями широко распространены. Их использование упрощает трубную разводку, они более удобны в эксплуатации, чем несколько запорных клапанов. Для них также не требуются трубные фиттинги. За счёт применения крана с несколькими отверстиями можно исключить несколько обычных отсечных клапанов, в зависимости от количества отверстий в пробковом кране.

Пробковые краны обычно используются  не для дросселирования, а  для операций включения - отключения, особенно при частых операциях с краном. Эти краны обычно не рекомендуется применять для дросселирования потока, т.к., подобно запорным клапанам, б льшая часть изменения потока приходится на положение вблизи закрытия при большой скорости потока. Однако в кранах , где разрешается  дросселирование,  используется отверстие ромбовидной формы.

Пробковые краны с несколькими отверстиями

Пробковые краны с несколькими отверстиями обладают преимуществами перед другими конструкциями, если необходимо производить переключения линий или изменение маршрута потока. Простой кран с несколькими отверстиями может быть установлен вместо трёх или четырёх запорных клапанов или другой отсечной арматуры. Недостатком этих кранов является то, что многие из них полностью не отсекают поток.

В большинстве случаев одно из проходных отверстий пробкового затвора открыто. Такие краны предназначены для  направления  потока по одному из путей и отсекания потока по другим направлениям. Если требуется полное перекрытие потока, то должен использоваться кран с несколькими проходными отверстиями, который предназначен для этого, или же на главной линии перед пробковым краном должен быть установлен дополнительный клапан, с помощью которого производится полное перекрытие потока.

Некоторые конструкции кранов с несколькими отверстиями могут обеспечивать проток сразу по нескольким направлениям. Для таких кранов необходимо обеспечить выполнение повышенных требований к точности расположения проходных отверстий, чтобы гарантировать их надлежащую работу.

Запорные органы пробковых кранов

Пробки имеют либо коническую, либо цилиндрическую форму. Конфигурация проходных отверстий также может быть различной, при разных соотношениях между сечением отверстия и внутренним диаметром трубопровода.

Пробки с прямоугольным отверстием

Наиболее распространённый вид проходного отверстия пробки - прямоугольное отверстие. Площадь поперечного сечения прямоугольного отверстия составляет не менее 70 % от поперечного сечения соответствующего патрубка.

Пробки с круглым отверстием

Пробки с круглым отверстием имеют сквозное отверстие круглой формы, проходящее насквозь через пробку. Если отверстие имеет такой же размер или больше, чем внутренний диаметр трубопровода, то его называют полнопроходным отверстием. Если отверстие меньше, чем внутренний диаметр трубы, то его называют стандартным круглым отверстием. Краны со стандартными круглыми отверстиями применяются только в тех случаях, когда ограничения по потоку не существенны.

Отверстия ромбовидной формы

Некоторые запорные органы в пробковых кранах могут иметь ромбовидное проходное отверстие. Такая конструкция применяется в тех случаях, когда требуется дросселирование. Все краны с ромбовидными отверстиями относятся к клапанам с ограничением потока трубками Вентури.

Конструкция смазываемых пробковых кранов

В пробковых кранах основной проблемой является наличие необходимых зазоров и предотвращение утечек. Многие пробковые краны изготовлены из металла. В таких конструкциях из-за наличия небольшого зазора вокруг пробки могут возникать утечки. Если же зазор уменьшить, разместив коническую пробку глубже в корпусе крана, то возрастёт крутящий момент сопротивления, и может произойти заклинивание затвора. Чтобы выйти из этого положения, до прикладывания вращающего момента к приводу подают смазку в канавки на поверхности расточки  корпуса и вокруг отверстий пробки. Нанесение смазки снижает трение между пробкой и корпусом, а также уплотняет зазор между ними. Смазка, введённая под давлением в ниппель в верхней части штока, проходит вниз через обратный клапан в перепускном канале, мимо верхней части пробки к канавкам на её поверхности и далее в углубление под пробкой. Смазочный материал должен быть совместим с жидкостью и с её температурой. Все производители смазываемых пробковых кранов разработали серию смазок, которые совместимы с широким диапазоном рабочих сред. Необходимо пользоваться их рекомендациями для выбора смазки, наиболее подходящей в каждом конкретном случае.

Наиболее распространённым типом рабочей жидкости, для которой используются пробковые краны, являются жидкие углеводороды. Эти клапаны также иногда  применяются и для водопроводов при условии, что загрязнение смазочным материалом не представляет серьёзной опасности. Максимальный размер смазываемых пробковых кранов - 24 дюйма, предельное давление - 6000 фунтов на квадратный дюйм. Имеются краны со стальным или чугунным корпусом. Пробка может иметь цилиндрическую или коническую форму.

Несмазываемые краны

Имеется две основные разновидности несмазываемых кранов: подъёмного типа и с эластомерным покрытием втулки или пробки. В кранах подъёмного типа имеется приспособление для механического подъёма конической пробки на небольшую величину для отрыва её от поверхности седла, за счёт чего пробку можно легко повернуть. Механический подъём выполняется с помощью кулачка или внешнего рычага.

В широко распространённых пробковых несмазываемых кранах с эластомерной втулкой пробка полностью охватывается тефлоновой втулкой. Она  удерживается и фиксируется в нужном положении металлическим корпусом. В такой конструкции первичный зазор поддерживается между втулкой и пробкой всё время, независимо от положения. Тефлоновая втулка износоустойчива и инертна почти ко всем химическим веществам, за исключением некоторых редко встречающихся. Она также имеет низкий коэффициент трения и, поэтому является самосмазывающейся.

Установка пробковых кранов с ручным управлением

При установке пробковых кранов необходимо обращать внимание на наличие необходимого пространства для оперирования рукояткой, рычагом или гаечным ключом. Ручной рычаг обычно имеет большую длину, чем кран, и его можно поворачивать из положения  под 90  к трубопроводу в положение, параллельное трубопроводу.

Уплотнения пробковых кранов

Уплотнения пробковых кранов эквивалентны крышкам запорных или шаровых клапанов. Уплотнение обеспечивает требуемое положение узла штока относительно корпуса крана. Имеется три распространённых типа уплотнений: простое уплотнение, винтовое уплотнение и болтовое уплотнение.

Для обеспечения плотности клапана его пробка должна всё время находиться в седле. Регулировка уплотнения должна быть достаточно плотной, чтобы не допустить выхода пробки из седла и попадания рабочей жидкости на поверхности сопряжения седла и пробки. Необходимо проявлять осторожность, чтобы не перетянуть уплотнение, иначе может образоваться металлический контакт между корпусом и пробкой. Такой металлический контакт создаёт дополнительный момент сопротивления , который может быть весьма значительным при оперировании краном.

Мембранные клапаны

Мембранный клапан представляет собой клапан с линейным движением, который применяется для открывания, регулирования и перекрытия потока жидкости. Его название взято по названию гибкого диска, который сопрягается с седлом, расположенным в открытой части на верху корпуса клапана и образует уплотнение. Мембранный клапан показан на рисунке 14.

Мембранный клапан по существу является  простым клапаном “ зажимного “ типа. Упругая гибкая мембрана соединяется с нажимным диском с помощью пальца, вплавленного в мембрану. Нажимной диск перемещается вверх и вниз под воздействием штока клапана. Поэтому при поднятии штока  мембрана  занимает верхнее положение. При опускании нажимного диска мембрана прижимается к профилированному днищу прямоточного клапана, показанного на рисунке 14, или к порогу корпуса в клапане порогового типа, показанном на рисунке 15.

Мембранный клапан может также применяться для дросселирования. Лучше всего для этой цели подходит клапан порогового типа, но он имеет ограниченный диапазон. Его характеристики дросселирования по существу такие же, как у быстродействующего клапана, работающего на открытие, поскольку он имеет большую область отсечки вдоль седла.

Для управления потоками с небольшими расходами применяются мембранные клапаны порогового типа. Нажимной диск в нём состоит из двух частей. Вместо того, чтобы поднимать всю мембрану с порога при открытии клапана, при начальном перемещении штока клапана происходит поднятие  внутренней части нажимного диска, за счёт чего поднимается только центральная часть мембраны.

При этом образуется относительно небольшое отверстие в центральной части клапана. После полного открытия части мембраны под внутренним нажимным диском начинается подъём внешнего нажимного диска вместе с внутренним, в дальнейшем процесс дросселирования проходит  так же, как и в обычном клапане.

Мембранные клапаны особенно подходят для коррозионно активных жидкостей, волокнистых густых жидкостей, радиоактивных жидкостей и других жидкостей, в которые не должны попадать посторонние включения.

Рис. 15 Клапан порогового типа

 

Конструкция мембран

Рабочий механизм мембранного клапана не подвергается воздействиям среды, находящейся в трубопроводе. Липкая или вязкая жидкость не может попасть в крышку и повлиять на работу рабочего механизма. Многие жидкости, которые в большинстве клапанов других типов создают проблемы с забиванием, корродированием или образованием отложений на рабочих органах, проходят сквозь мембранные клапаны, на создавая трудностей для их обслуживания. С другой стороны, материалы, применяемые для смазки рабочего механизма, не могут попасть в транспортируемую жидкость и вызвать её загрязнение. Отсутствуют уплотнения, нуждающиеся в техническом обслуживании, и нет вероятности возникновения протечек по штоку. Имеется большое разнообразие материалов мембран. Срок службы мембраны зависит от материала, температуры, давления и частоты операций.

Некоторые эластомерные материалы для  мембран могут быть уникальны по их высокой сопротивляемости некоторым химическим веществам при высоких температурах. Однако механические свойства любого эластомерного материала снижаются при высоких температурах с возможным разрушением мембраны при высоких давлениях. Поэтому при использовании мембран в условиях высоких температур необходимо проконсультироваться с заводом-изготовителем мембран.

Все эластомерные материалы лучше всего работают при температурах ниже 150 F. Некоторые из них могут работать и при более высоких температурах. Например, витон примечателен тем, что он имеет высокую стойкость к химическому воздействию и стабильность при высоких температурах. Однако, если из него изготовить мембрану, то такая мембрана из витона при повышенных температурах будет иметь пониженную прочность на растяжение, так же , как и мембрана из любого другого эластомерного материала. Сила связи между волокнами также снижается при повышенных температурах, и в случае с витоном могут быть достигнуты температуры, при которых сила связи между волокнами материала может стать критической.

При выборе мембраны следует также принимать во внимание концентрацию жидкости. Многие материалы мембран имеют удовлетворительную сопротивляемость коррозии для определённых коррозионно активных веществ вплоть до определённых концентраций и температур. Эластомеры могут также иметь предел по максимальной температуре, определяемый его механическими свойствами, который может превышать допустимую рабочую температуру, определяемую его сопротивлением коррозии. Это необходимо проверить по таблице коррозии.

Узел штока мембранного клапана

Мембранные клапаны имеют штоки, которые не вращаются. Имеются клапаны с выступающими и невыступающими штоками. Конструкция клапана с выступающим штоком идентична конструкции клапана с невыступающим штоком, кроме того, что он имеет более длинный шток, который выступает над штурвалом. В клапане с невыступающим штоком при вращении штурвала поворачивается втулка, которая находится в зацеплении с резьбой штока и перемещает его вверх или вниз. При перемещении штока также перемещается нажимной диск, который связан со штоком. Мембрана, в свою очередь, связана с нажимным диском.

Узел крышки мембранного клапана

В некоторых мембранных клапанах используется быстросъёмная крышка и рычажный привод. Эти крышки взаимозаменяемы со стандартными крышками корпусов обычных клапанов порогового типа. При 90-градусном повороте рычага привода диафрагма перемещается из положения полного открытия в положение полного закрытия. Мембранные клапаны также могут оснащаться цепными колёсными приводами, удлинёнными штоками, приводами с коническими зубчатыми передачами, пневмоприводами и гидравлическими приводами.

Многие мембранные клапаны используются в вакуумных системах. В вакуумных системах может использоваться стандартная конструкция крышки для клапанов размером  до 4 дюймов. Для клапанов размером 4 дюйма и более необходимо применять герметизированные крышки под вакуумом. Это рекомендуется для предотвращения преждевременного износа мембраны.

В клапанах с невыступающим штоком герметизированные крышки имеют уплотнительную втулку, а клапаны с выступающим штоком имеют уплотнительную втулку и уплотнительное кольцо. Конструкция узла крышки мембранного клапана показана на рисунке 15. Эта конструкция рекомендуется для клапанов, которые предназнакчены для работы с опасными жидкостями и газами. В случае повреждения мембраны опасные материалы не попадут в атмосферу. Если клапан предназначен для обращения с особо опасными материалами, то рекомендуется иметь средство для безопасного удаления корродирующих веществ из крышки.

Редукционные клапаны

Редукционные клапаны автоматически снижают давление в питающей линии до заданного значения в течение всего времени, пока давление в питающей линии превышает заданное давление. Как показано на рисунке 16, основными узлами редукционного клапана являются главный клапан; клапан с вертикальной посадкой, у которого в верхней части штока имеется поршень, вспомогательный ( или управляющий ) клапан с вертикальной посадкой, управляющая мембрана, регулировочная пружина и винт.

Работа редукционного клапана определяется высоким давлением на входе клапана и регулировочным винтом в верхней части клапана. Давление на входе в главный клапан помогает  пружине главного клапана удерживать его в положении закрытия, создавая усилие, приложенное к диску главного клапана и направленное вверх. Однако, имеется отвод из линии высокого давления к вспомогательному клапану, который расположен над главным клапаном.

Вспомогательный клапан управляет подачей среды высокого давления к  поршню  в верхней части главного клапана. Поршень имеет площадь большую, чем диск главного клапана, поэтому направленная вниз результирующая сила достаточна для открытия главного клапана. Вспомогательный клапан управляется с помощью управляющей мембраны, расположенной непосредственно над вспомогательным клапаном.

Управляющая мембрана передаёт направленное вниз усилие, которое стремится открыть вспомогательный клапан. Направленное вниз усилие прикладывается со стороны регулировочной пружины, степень сжатия которой меняется с помощью регулировочного винта. Редуцированное давление с выхода главного клапана заводится обратно в камеру под мембраной и противодействует направленной вниз силе регулировачной пружины. Положение вспомогательного клапана и, в конечном счёте положение главного клапана, определяется положением мембраны. Положение мембраны определяется результирующим усилием, которое получается в результате сложения противоположно направленных усилий регулировочной пружины ( направлено вниз ) и редуцированного давления на выходе ( направлено вверх ). Другие редукционные клапаны работают по тому же основному принципу действия, но вместо регулировочной пружины и винта в них может использоваться газовый, пневматический или гидравлический привод.

В нерегулируемом редукционном клапане, показанном на рисунке 17, регулировочная пружина и винт заменены диафрагмой и колпаком, под которым предварительно создаётся давление. Шток клапана соединяется с мембраной либо непосредственно, либо косвенно. Пружина клапана под мембраной удерживает клапан в закрытом положении. Так же , как и в регулируемом клапане, для открывания клапана редуцированное давление подводится через отверстие к нижней стороне мембраны. Положение клапана  определяется  результирующим усилием двух противодействующих сил - направленной вниз силы давления под колпаком и направленной вверх силы от давления на выходе клапана.

В нерегулируемых редукционных клапанах отпадает необходимость в промежуточных вспомогательных клапанах, которые имеются в регулируемых клапанах, за счёт того, что противодействующие силы действуют непосредственно на мембрану. Поэтому  нерегулируемые  редукционные клапаны более чувствительны к большим изменениям давления и менее подвержены отказам, чем регулируемые редукционные клапаны.

Зажимные клапаны

Относительно недорогой зажимной клапан, показанный на рисунке 18, имеет наиболее простую конструкцию из всех клапанов. Это просто промышленный вариант зажимного краника, применяемого в лаборатории для регулирования протока жидкости через резиновые трубки.

Зажимные клапаны подходят как для дросселирования, так и для включения - отключения потока. Однако эффективный диапазон дросселирования составляет от 10% до 95% от номинального расхода.

Зажимные клапаны идеально подходят для систем с густыми жидкостями, для систем с жидкостями, в которых имеются суспензии твёрдых частиц, а также для систем, где производится передача твёрдых тел сжатым воздухом. В связи с тем, что в этих клапанах рабочий механизм полностью изолирован от жидкости, они  также находят применение в тех случаях, когда коррозия или загрязнение жидкости частицами металла могут представлять собой проблему

Зажимной регулирующий клапан состоит из рукава, отлитого из резины или другого синтетического материала, и зажимного механизма. Все элементы привода расположены снаружи собственно клапана. Формованный рукав считается корпусом клапана.

Корпуса зажимных клапанов изготовляются из натуральной и синтетической резины и пластмасс, которые имеют хорошую сопротивляемость истиранию. При этом рукав клапана не подвергается повреждениям, и поэтому практически не возникает препятствий для потока. Имеются рукава либо с удлинёнными раструбами, либо с зажимами, предназначенными для закрепления на конце трубы, либо с фланцами на концах, имеющими стандартные размеры.

Корпуса зажимных клапанов

Зажимные клапаны имеют отливные корпуса, усиленные каркасом. Обычно максимальная рабочая температура зажимных  клапанов составляет  250 F. При температуре  250 F максимальное рабочее давление обычно изменяется от 100 фунтов на квадратный дюйм для клапана диаметром 1 дюйм, до 15 фунтов на квадратный дюйм для клапана диаметром 12 дюймов. Имеются специальные зажимные клапаны для диапазона температур от - 100 F до 550  F и рабочих давлений до 300  фунтов на квадратный дюйм.

В большинстве зажимных клапанов рукава ( корпуса клапанов ) являются открытыми. В других типах клапанов рукав полностью находится в металлическом корпусе. В этих клапанах управление потоком осуществляется либо обычным зажимным механизмом, состоящим из штурвала и винта, либо гидравлически или пневматически за счёт давления жидкости или газа внутри металлического корпуса, которое сдвигает друг к другу стенки рукава, отсекая поток.

Большинство клапанов с открытым корпусом имеют ограниченное применение в вакуумных системах из-за того, что рукав имеет тенденцию сжиматься при образовании в нём вакуума. Некоторые из клапанов с металлическим корпусом могут использоваться для работы с вакуумом; при этом вакуум создаётся внутри металлического корпуса, таким образом не допускается смятие рукава.

Дроссельные заслонки

Дроссельная заслонка, показанная на рисунке 19, является клапаном с вращательным движением, применяемым для перекрывания, регулирования и открывания потока жидкости. Дроссельными заслонками легко и быстро оперировать , т.к. 90-градусного поворота рычага достаточно для перемещения диска из положения полного закрытия в положение полного открытия.  Дроссельные заслонки больших размеров управляются ручными штурвалами, соединёнными со штоком через редуктор, который обеспечивает выигрыш в силе за счёт скорости.

Дроссельные заслонки имеют много преимуществ по сравнению с запорными клапанами, шаровыми клапанами, пробковыми затворами и шаровыми затворами, особенно для клапанов больших габаритов. Наиболее очевидными преимуществами являются экономия в весе, габаритах и стоимости. Эксплуатационные расходы обычно также меньше, т.к. количество движущихся частей минимально, и нет полостей, в которых может застаиваться жидкость.

Дроссельные заслонки особенно хорошо приспособлены для работы с большими расходами жидкостей или газов при относительно низких давлениях , а также для густых растворов или для жидкостей, в которых имеются большие количества твёрдых частиц во взвешенном состоянии.

Дроссельные заслонки построены по принципу заслонки дымохода. Элементом управления потоком служит диск прблизительно такого же диаметра, как и внутренний диаметр смежного трубопровода, который поворачивается либо вокруг вертикальной, либо вокруг горизонтальной оси.  Когда диск расположен параллельно участку трубопровода, клапан полностью открыт. Когда диск приближается к  перпендикулярному положению, клапан закрыт. Заслонка может быть зафиксирована в промежуточных положениях, необходимых для дросселирования, с помощью устройств фиксирования положения рычага привода.

Конструкция седла дроссельной заслонки

Останов потока происходит, когда диск клапана плотно садится на седло, которое расположено по периферии внутреннего диаметра корпуса клапана. Многие дроссельные заслонки имеют седло из эластомерного материала, на которое  садится диск. В других дроссельных заслонках применяется уплотнение в виде нескольких  колец: зажимное и поддерживающее кольца, расположенные на скошенном резиновом кольце, имеющем мелкие зубцы. Такая конструкция предотвращает выдавливание уплотнительного кольца. В ранних конструкциях использовался металлический диск и металлическое уплотнительное кольцо. Такая комбинация не обеспечивает  закрытие клапана без протечек, но для некоторых приложений ( например, распределительные трубопроводы ) обеспечивает достаточно надёжное закрытие клапана.

Конструкция корпуса дроссельной заслонки

Имеются разные конструкции корпусов дроссельных заслонок. Наиболее экономичной является конструкция корпуса в виде тонкого диска, который устанавливается между двумя фланцами трубопровода. Другой тип конструкции предусматривает наличие приливов в диске; такой клапан крепится к двум фланцам трубопровода болтами, которые проходят через отверстия во внешнем корпусе клапана. Имеются дроссельные заслонки с обычными фланцами для крепления к фланцам трубопровода, а также для подключения к трубопроводам резьбовыми соединениями.

Конструкция узла диска и штока дроссельной заслонки

Диск и шток в дроссельных заслонках являются отдельными деталями. В диске имеются отверстия для крепления штока. Существует два метода крепления диска к штоку, обеспечивающие поворот диска при повороте штока. По первому методу в диске делаются сквозные отверстия, через которые он крепится к штоку болтами или шпильками. По другому методу в диске выполняются отверстия так же, как и по предыдущему методу, а верхнему отверстию штока придаётся такая форма, чтобы в него мог входить квадратный или шестигранный шток. Такой метод позволяет диску “ плавать “ и занимать  центральное положение на седле. При этом достигается равномерное уплотнение и исключается необходимость применения внешнего крепления штока. Такая конструкция узла имеет преимущества для дисков с покрытиями и для коррозионно активных сред.

Для того, чтобы диск устанавливался в нужном положении, шток должен выступать за нижний край диска и удерживаться втулкой, закреплённой на дне корпуса клапана. Одна или две подобных втулки расположены также вдоль верхней части штока. Эти втулки должны быть либо устойчивы к воздействию рабочей среды в клапане, либо должны быть  уплотнены таким образом, чтобы не иметь контакта с коррозионно активной средой.

Уплотнения штока выполняются обычным способом с помощью сальниковой набивки и корпуса сальника, или же уплотняющими кольцами. Некоторые изготовители клапанов, особенно клапанов для коррозионно активных сред, размещают уплотнение штока внутри клапана, благодаря чему рабочая среда не имеет контакта со штоком клапана. Если же применяется сальниковая коробка или внешние уплотняющие кольца, то жидкость, проходящая через клапан будет вступать в контакт со штоком клапана.

Игольчатые клапаны

Игольчатый клапан, показанный на рисунке 20, применяется для относительно точной настройки расхода жидкости при регулировании потока.

Отличительной характеристикой игольчатого клапана является наличие длинного конического, иглообразного наконечника штока клапана. Эта “ игла “ действует как диск клапана. Большая часть иглы имеет диаметр  меньший, чем отверстие седла, и проходит через отверстие до того, как игла сядет на седло. Такая конструкция обеспечивает плавное увеличение или уменьшение площади открытия. Игольчатые клапаны часто применяются в качестве узлов других, более сложных, клапанов. Например, они применяются в некоторых типах редукционных клапанов.

Применение игольчатых клапанов

Большинство регуляторов в насосах постоянного давления имеют игольчатые клапаны для снижения эффекта флуктуаций давления на напоре насоса.  Игольчатые клапаны также применяются в качестве узлов некоторых систем автоматического управления  подачи топлива, где необходимо очень точное регулирование потока.

Конструкция корпуса игольчатых клапанов

Один из типов корпуса игольчатого клапана - корпус из прутковой заготовки. Такой тип корпуса широко распространён, а в шаровых клапанах шарнирное закрепление шара в штоке обеспечивает необходимый поворот запорного органа  для посадки на седло без повреждения.  Корпус из прутковой заготовки показан на рисунке 21.

Игольчатые клапаны часто применяются в качестве дозирующих (измерительных) клапанов. Дозирующие клапаны служат для очень точного регулирования потока. Тонкий диск или отверстие обеспечивают линейность расходной характеристики. Поэтому число оборотов ручного штурвала может быть поставлено в прямое соответствие с величиной расхода. Типичный измерительный клапан имеет шток, у которого 40 ниток резьбы на дюйм длины.

В игольчатых клапанах обычно применяются два типа уплотнений штока: уплотнительное кольцо с опорным тефлоновым кольцом или уплотняющий тефлоновый цилиндр. Для удобства технического обслуживания игольчатые клапаны часто имеют заменяемые сёдла.

Обратные клапаны

Обратные клапаны применяются для предотвращения обратного направления потока в трубопроводной системе. Эти клапаны приводятся в действие рабочей средой в трубопроводе. Давление жидкости, проходящей через систему, открывает клапан, а при любом изменении направления потока клапан закрывается. Закрытие клапана производится под воздействием веса стопорного механизма, обратного давления, пружины или комбинацией этих методов.

Поворотные обратные клапаны

Поворотный обратный клапан показан на рисунке 22. Клапан полностью пропускает поток в прямом направлении без препятствий и автоматически закрывается при снижении давления. Эти клапаны полностью закрываются, когда поток становится равным нулю, и перекрывают поток в обратном направлении. Турбулентность и потери давления в клапане - очень низкие

	Рис. 22 Поворотный обратный клапан

 

Поворотные обратные клапаны, благодаря незначительному падению давления на них, обычно рекомендуется применять в системах , использующих запорные клапаны. Поворотные обратные клапаны могут иметь форму корпуса либо Y-образную, либо прямую. На рисунке 22 показан обратный клапан с прямым корпусом. В обоих случаях диск и шарнир соединяются с корпусом с помощью шарнирного пальца. Поверхности сопряжения запорного органа - либо металл с металлом, либо металлическое седло и композиционный диск. Композиционные диски обычно рекомендуются для условий, когда в жидкости возможно присутствие загрязнений или других частиц, когда нежелателен шум или когда требуется надёжное перекрытие потока.

Поворотные обратные клапаны с прямым корпусом содержат диск, который шарнирно крепится в верхней части. Диск садится на седло, которое является частью корпуса. Обратные клапаны этого типа обычно имеют сменные кольца седла. Поверхность седла устанавливается под небольшим углом, за счёт чего обеспечивается более лёгкое открытие при низких давлениях , более надёжное перекрытие потока и меньшие удары при закрытии при высоких давлениях.

Поворотные обратные клапаны обычно устанавливаются вместе с запорными клапанами, так как они обеспечивают относительно свободный проток. Они рекомендуются для трубопроводов с низкой скоростью потоков сред и не должгны использоваться в трубопроводах с пульсирующим потоком, где постоянные хлопки и удары могут разрушить элементы седла. Эти условия можно частично скомпенсировать за счёт использования внешнего рычага и груза.

Обратные клапаны с наклонной пластиной

Обратный клапан с наклонной пластиной, показанный на рисунке 23, подобен поворотному обратному клапану. Так же , как и поворотный клапан, клапан с наклонной пластиной имеет малое сопротивление потоку и низкую турбулентность благодаря своей прямоточной конструкции.

Обратные клапаны с наклонной пластиной можно устанавливать на горизонтальных линиях и на вертикальных линиях с потоком, направленным вверх. Клапаны некоторых конструкций при их монтаже просто устанавливаются между плоскостями фланцев, при этом получается компактный, сравнительно небольшой по весу узел, особенно для вентилей больших диаметров.

При открытии клапана диск поднимается с седла. Аэродинамический профиль  диска позволяет ему “ парить “ в потоке. Упоры диска, встроенные в корпус, придают ему такое положение, чтобы обеспечивались его оптимальные аэродинамические характеристики. Большая полость в теле диска помогает свести к минимуму сопротивление потоку. При снижении расхода диск начинает закрываться и полностью садится на седло прежде, чем поток поменяет направление. Обратное давление, приложенное к диску, прижимает его к мягкому седлу и далее к жёсткому корпусу, обеспечивая полное закрытие без удара. Если давления обратного потока недостаточно для обеспечения плотного закрытия, то клапан может быть оснащён внешним рычагом и грузом.

Эти клапаны выпускаются с мягким кольцом седла, с металлическим кольцом седла и с металлическим седлом, которое находится в контакте с металлом затвора. Последняя комбинация рекомендуется для работы при высоких температурах. Мягкие кольца седла являются заменяемыми, но для этой замены клапан должен быть демонтирован из линии.

Подъёмные обратные клапаны

Подъёмный обратный клапан, показанный на рисунке 24, чаще всего применяется в трубопроводах, где в качестве клапанов для регулирования расхода используются шаровые клапаны. Конструкция их запорных органов подобна шаровым клапанам.

Подъёмные обратные клапаны пригодны для установки на горизонтальных или вертикальных линиях с потоком, направленным вверх. Они рекомендуются для применения в системах с паром, газом, водой, а также на паровых линиях с высокими скоростями потока. Имеется три вида корпуса этих клапанов: горизонтальный, угловой и вертикальный.

В подъёмных обратных клапанах поток должен всегда входить под седло. При поступлении потока диск или шар поднимается из седла по направляющим под действием давления направленного вверх потока. Когда поток прекращается или меняет направление, диск или шар садится на диск клапана под действием как обратного потока, так и силы тяжести.

Подъёмные обратные клапаны некоторых типов можно устанавливать горизонтально. В этом случае шар поддерживается системой направляющих рёбер. Такую конструкцию подъёмного обратного клапана в основном имеют пластмассовые обратные клапаны.

Сёдла металлических подъёмных обратных клапанов выполняются либо цельно с корпусом, либо имеют заменяемые уплотнительные кольца. Конструкция запорного органа  подобна конструкции диска в шаровых клапанах, где имеется металлический или композиционный диск. Металлический диск и седла клапана можно восстановить шлифовкой таким же способом, какой применяется для шаровых клапанов.

Поршневые обратные клапаны

Поршневой обратный клапан, показанный на рисунке 25, по существу является подъёмным обратным клапаном. Он имеет демпфер, состоящий из поршня и цилиндра, который обеспечивает гасящий эффект при работе. Благодаря сходству конструкции с подъёмным обратным клапаном расходные характеристики поршневого обратного клапана в основном те же самые, что и у подъёмного обратного клапана.

Требования к установке такие же, как и для подъёмного обратного клапана, т.е. поток должен поступать под седло. Конструкция седла и диска поршневого обратного клапана такая же, как у подъёмного обратного клапана.

Поршневые обратные клапаны в основном используются вместе с шаровыми и угловыми клапанами в тех трубопроводных системах, где бывает частое изменение направления потока. Клапаны этого типа применяются для систем с водой, паром и
воздухом.

Обратные клапаны с дроссельной заслонкой

Обратные клапаны с дроссельной заслонкой имеют конструкцию запорного органа, подобную клапану типа дроссельной заслонки. Расходные характеристики этих двух типов клапанов также подобны. Поэтому эти два типа клапанов используются в системах также совместно. Кроме того, конструкция корпуса обратного клапана данного типа такова, что имеется достаточно места для беспрепятственного перемещения диска клапана типа дроссельной заслонки внутри корпуса обратного клапана, при этом не требуется устанавливать дистанцирующие распорки.

В конструкции обратного клапана с дроссельной заслонкой используется гибкий запорный элемент, который расположен под углом 45  к проходному отверстию корпуса. За счёт  того, что запорный орган должен пройти небольшое расстояние от положения полного открытия до положения полного закрытия, исключаются “хлопки“, имеющие место  в некоторых других типах клапанов. На рисунке 26 показано внутреннее устройство обратного клапана с дроссельной заслонкой.

В связи с тем, что их расходные характеристики подобны, условия применения этих двух типов клапанов также совпадают. Кроме того, благодаря их относительно бесшумной работе они находят применение в системах обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха. Простота конструкции позволяет также изготовлять клапаны больших размеров вплоть до 72 дюймов.

Так же, как и в клапанах типа дроссельной заслонки, конструкция  корпусов обратных клапанов с дроссельной заслонкой позволяет применять вкладыши сёдел, изготовленные из различных материалов. Это позволяет создать клапан, предназначенный для работы в условиях коррозионно-активных сред, с меньшими затратами на изготовление, чем клапан с корпусом из высоколегированного сплава или более дорогого металла. Это особенно касается клапанов, изготовленных из титана.

Для упругих элементов седла в качестве стандартных материалов применяются синтетический каучук (буна-N), неопрен, нордель, хайпалон (сульфохлорированный полиэтилен), витон, тион, уретан, бутил, силикон и тефлон; другие материалы применяются по специальному заказу.

Корпус клапана по существу представляет собой кусок трубы, который имеет фланцы или концы с резьбой, канавками или прямые концы. Внутренняя поверхность дополнительно обрабатывается для получения низкой шероховатости. Концы с фланцами могут иметь вкладыши из различных металлов или пластмасс в зависимости от требований к условиям эксплуатации. Внетренние детали и крепёжные элементы всегда изготавливаются из того же материала, что и вкладыши.

Обратные клапаны с дроссельной заслонкой можно устанавливать вертикально или горизонтально, причём вертикальный поток  может быть направлен как вверх, так и вниз. При монтаже клапана нужно обращать внимание на то , что поток должен входить со стороны крепления оси шарнира, иначе весь проток будет перекрываться.

Запорные обратные клапаны

Запорный обратный клапан, показанный на рисунке 27, является комбинацией подъёмного обратного клапана и шарового клапана. Он имеет шток, который в положении закрытия не даёт диску сойти с седла и обеспечивает плотное закрытие клапана (подобно шаровому клапану). Когда шток перемещается в положение открытия, клапан работает как подъёмный обратный клапан. Шток жёстко не связан с диском, и его функция состоит в плотном закрытии клапана или в ограничении хода диска клапана в положении открытия.

Перепускные и предохранительные клапаны

Перепускные и предохранительные клапаны предотвращают повреждение оборудования, не допуская аварийного повышения давления в гидравлических системах. Главная разница между перепускным клапаном и предохранительным клапаном заключается в степени его открытия при достижении давления уставки.

Перепускной клапан, показанный на рисунке 28, постепенно открывается по мере увеличения давления на входе выше уставки. Перепускной клапан открывается только при необходимости предотвратить превышение давления. Предохранительный  клапан, показанный на рисунке 29, быстро открывается полностью, как только давление поднимется до давления уставки. Предохранительный  клапан остаётся полностью открытым до тех пор, пока давление не упадёт до величины давления возврата. Давление возврата ниже, чем давление уставки срабатывания. Разница между давлением уставки срабатывния и давлением, при котором предохранительный клапан снова закрывается, называется сбросом давления. Сброс давления выражается в процентах от давления уставки срабатывания. Перепускные клапаны обычно используются для несжимаемых текучих сред, таких как вода или масло. Предохранительные клапаны обычно используются для сжимаемых текучих сред, таких как пар или газы. Предохранительные клапаны можно отличить по их внешнему виду по наличию внешнего рычага наверху корпуса клапана, который используется как указатель срабатывания клапана.

Как показано на рисунке 29, давление системы создаёт усилие, которое стремится сместить диск предохранительного клапана с седла. Усилие пружины штока стремится посадить диск обратно на седло. При давлении, определяемом сжатием пружины, усилие от давления системы превышает усилие пружины, и предохранительный клапан открывается. При снижении давления клапан закрывается снова, когда усилие пружины превосходит усилие от давления системы. В большинстве перепускных и предохранительных клапанов при открытии преодолевается усилие пружины сжатия. Давление уставки срабатывания регулируется поворотом настроечной гайки в верхней части бугеля для увеличения или уменьшения степени сжатия пружины.

Управляемые перепускные клапаны

Управляемые перепускные клапаны имеют такую конструкцию, в которой  давление поддерживается за счёт использования небольшого канала к верхней части поршня, соединённого со штоком таким образом, что давление системы закрывает главный перепускной клапан. Когда открывается небольшой управляющий клапан, давление из-под поршня стравливается, и давление системы, действуя на диск снизу, открывает главный перепускной клапан. Такие управляемые перепускные клапаны обычно имеют соленоидное управление; сигнал, вызывающий открытие клапана, подаётся от устройства, измеряющего давление.

Выводы

Основная информация данной главы в сжатом виде приводится ниже

Выводы по типам  арматуры трубопроводов

••     Запорные клапаны в основном  применяются в системах, где требуется малое сопротивление потоку при полностью открытом клапане и не требуется дросселировать поток

•      Шаровые клапаны применяются в системах, где необходимы хорошие характеристики дросселирования и низкие протечки через клапан в положении закрытия, а также допускаются относительно большие потери напора в открытом клапане

•      Шаровые затворы обеспечивают быстрое, в четверть оборота, открытие - закрытие клапана, но имеют плохие характеристики дросселирования

•      Пробковые краны часто применяются для направления потока по нескольким различным направлениям с помощью одного клапана

•      Мембранные клапаны и зажимные клапаны применяются в системах, в которых необходимо полностью изолировать весь рвбочий механизм от текучей среды

•      Клапаны типа дроссельной заслонки при больших габаритах имеют значительные преимущества по сравнению с клапанами других конструкций по весу, размерам и стоимости

•      Обратные клапаны автоматически открываются, пропуская поток в одном направлении, и закрываются , перекрывая поток в обратном направлении

•      Запорный обратный клапан является комбинацией подъёмного обратного клапана и шарового клапана, сочетая характеристики обоих клапанов

•      Перепускные / предохранительные клапаны используются для обеспечения автоматической защиты от повышения давления в системе

ПРИВОДЫ АРМАТУРЫ ТРУБОПРОВОДОВ

Для перемещения рабочего органа клапана в определённое положение необходим привод какого либо типа. Существуют разные типы приводов - от простого ручного маховика до относительно сложных электрических и гидравлических приводов

ПЦ 1.6 Дать описание конструкции и принципа действия следующих типов приводов арматуры:

a.        Ручной привод

b.       Электродвигательный привод

c.        Пневматический привод

d.       Гидравлический привод

e.       Соленоидный привод

Введение

Приводы арматуры выбираются на основании ряда факторов, включая вращающий момент и необходимость автоматического управления. Типы приводов включают в себя ручной маховик, ручной рычаг, электрический двигатель, пневматический привод, соленоидный привод, гидравлический поршень и привод от передаваемой среды. Все приводы, кроме ручного маховика и рычага, пригодны для автоматического управления.

Ручные, фиксированные и ударные приводы

Ручные приводы позволяют установить клапан в любое положение, но не дают возможности автоматического управления клапаном. Наиболее распространённый тип ручного привода - ручной маховик. В приводах этого типа маховик может быть соединён со штоком жёстко, с помощью ударного механизма или через редуктор.

Ручные приводы с жёстким соединением маховика со штоком

Как показано на рисунке 30, ручные приводы с жёстким соединением маховика со штоком обеспечивают преимущества в управлении клапаном только за счёт использования механического рычага. Если эти клапаны эксплуатируются при высоких температурах, то заклинивание клапана может создавать трудности в управлении им.

Штурвальный привод с ударным механизмом

Как показано на рисунке 31, в штурвальном приводе с ударным механизмом маховик свободно движется в течение некоторой части оборота, а затем ударяет по приливу вторичного маховика. Вторичный маховик соединён со штоком клапана. В такой конструкции клапан может быть закрыт толчком  для плотного закрытия, или толчком открыт, если он был заклинен при закрытии.

Шестерёнчатые редукторы

Если в клапане с ручным приводом требуется дополнительное механическое усилие, то на крышку клапана устанавливается ручной шестерёнчатый привод ,как показано на рисунке 32. Ручной маховик или специальный ключ, соединённый с валом малой шестерни редуктора позволяет оперировать клапаном одному человеку вместо двух, как в случае без редуктора. В больших клапанах время открытия или закрытия получается достаточно большим, т.к. для создания одного оборота штока клапана требуется несколько оборотов малой шестерни редуктора.  Время открытия или закрытия клапана можно снизить за счёт применения переносных воздушных приводов, подсоединяемых к валу шестерни.

Приводы с электродвигателем

Приводы с электродвигателем допускают ручной, полуавтоматический и автоматический режимы работы клапана. Электродвигатели большей частью применяются для функций открытия - закрытия, хотя они приспособлены для установки клапана в любое промежуточное положение, как показано на рисунке 33. Обычно применяются реверсивные высокоскоростные двигатели, соединённые с шестерёнчатым редуктором, который понижает скорость вращения и за счёт этого повышает вращающий момент, прикладываемый к штоку

клапана. Направление вращения электродвигателя определяет направление перемещения диска клапана. Приведение в действие клапана электродвигателем может быть полуавтоматическим, как в случае пуска электродвигателя системой управления. Ручной маховик, который может быть введён в зацепление с редуктором, обеспечивает ручное управление клапаном. Для автоматической остановки электродвигателя в положениях полного открытия или полного закрытия клапана применяются концевые выключатели. Концевые выключатели приводятся в действие механически по положению клапана или с помощью муфты предельного момента, развиваемого электродвигателем.

Пневматические приводы

Пневматические приводы, показанные на рисунке 34, обеспечивают автоматическое и полуавтоматическое перемещение клапана в положение открытия - закрытия. Эти приводы преобразуют пневматический сигнал в перемещение штока клапана при действии давления воздуха на его мембрану или поршень, связанный со штоком. Пневмоприводы применяются в дроссельных клапанах для установки их в положение открытия - закрытия в тех случаях, когда требуется большое быстродействие. Если давление воздуха закрывает клапан, а действие пружины открывает его, то такой привод называют приводом прямого действия. Если давление воздуха открывает клапан, а действие пружины закрывает его, то такой привод называют приводом обратного действия. В приводах двустороннего действия воздух подводится к обеим сторонам мембраны. Разность давлений, приложенных к мембране, перемещает шток клапана. Автоматическая работа привода обеспечивается в режиме управления сигналами в воздушных линиях управления соответствующими устройствами автоматики. Полуавтоматическая  работа привода обеспечивается с помощью ключей ручного управления в цепях клапанов управления подачей воздуха.

Гидравлические приводы

Гидравлические приводы, так же, как и пневматические, обеспечивает работу клапана в режиме автоматического или полуавтоматического управления. В этих приводах используется поршень для преобразования сигнала по давлению в перемещение штока клапана. Рабочая жидкость подводится к одной из сторон поршня, в то время как с другой стороны она дренируется или стравливается. В качестве рабочей жидкости используется вода или масло.

Для автоматического управления потоком рабочей жидкости, действующей на открытие или на закрытие клапана, обычно используются соленоидные клапаны. Для этой цели могут также использоваться ручные клапаны, таким образом обеспечивается полуавтоматическая работа привода.

Клапаны с приводом от передаваемой среды

В клапанах с приводом от передаваемой среды для перемещения рабочего органа клапана используется среда технологической системы. Примерами таких клапанов являются разгрузочные клапаны, предохранительные клапаны, обратные клапаны и конденсатоотводчики. Во всех этих клапанах для его привода используется та или иная характеристика системной среды. Для работы этих клапанов не требуется посторонний источник энергии, кроме рабочей среды технологической системы.

Клапаны с соленоидным приводом

Соленоидные приводы обеспечивают установку клапана, показанного на рисунке 35, в положение открытия-закрытия в автоматичесом режиме. Большинство соленоидных клапанов также имеют ручной привод с блокировкой, которая выводит автоматическое управление и позволяет установить клапан в нужное положение вручную. Соленоиды устанавливают клапан в нужное положение, перемещая магнитный якорь, связанный со штоком клапана.  В одинарных соленоидных клапанах при подключении катушки соленоида к источнику питания усилие пружины направлено встречно усилию, развиваемому соленоидом. Конструктивно эти клапаны могут быть выполнены таким образом, что при подключении катушки соленоида к источнику питания клапан либо открывается, либо закрывается. Когда соленоид обесточивается, пружина возвращает клапан в противоположное положение. Клапан может иметь и два соленоида, каждый из которых используется для установки клапана в соответствующее положение.

Клапаны с одним соленоидом называются нормально открытыми или нормально закрытыми в зависимости от положения, в котором находится клапан при обесточенном соленоиде. Нормально открытый клапан открывается усилием пружины, а закрывается при подаче напряжения на соленоид. Нормально закрытый клапан закрывается усилием пружины, а открывается при подаче напряжения на соленоид. Клапаны с двумя соленоидами не изменяют своего положения при снятии напряжения с обоих соленоидов.

Одна из сфер применения соленоидных клапанов - в системах распределения воздуха, например, для подачи воздуха к пневматическим приводам. Соленоидные клапаны используются для управления подачей воздуха к пневматическому приводу и, таким образом, для изменения положения клапана с пневмоприводом.

Быстродействие приводов

Некоторые клапаны, связанные с системами безопасности АЭС, должны иметь определённое быстродействие, диктуемое требованиями безопасной эксплуатации. В тех случаях, когда технологическая система должна быть быстро выведена из работы или введена в работу, требуется высокое быстродействие арматуры. В тех случаях, когда при открытии клапана происходит впрыск относительно холодной воды в систему, имеющую высокую температуру, необходимо более медленное открытие клапана, чтобы уменьшить тепловой удар. При проектировании выбор типа привода для  клапанов, входящих в состав систем безопасности, должен быть основан на их быстродействии, мощности и наличии того или иного вида энергии.

В общем случае, наиболее высокое быстродействие обеспечивают гидравлические, пневматические и соленоидные приводы. Однако, соленоиды не пригодны для больших клапанов, т.к. они имели бы значительные размеры и потребляемую мощность.  Что касается гидравлических и пневматических клапанов, то для них нужна гидравлическая или пневматическая система обеспечения рабочей средой. Скорость действия гидравлического или пневматического привода определяется  выбором отверстий соответствующих размеров, которые устанавливаются в гидравлических или пневматических линиях. В некоторых случаях клапан закрывается усилием пружины, которому противодействует давление рабочей среды пневмо- или гидросистемы, стремящееся удержать клапан в открытом положении.

Электродвигатели обеспечивают сравнительно высокое быстродействие. Действительная скорость рабочего органа клапана определяется комбинацией обротов двигателя и передаточным числом редуктора. Эта комбинация может быть выбрана таким образом, чтобы полное перемещение клапана по времени составляло от двух секунд до нескольких секунд.

Индикация положения арматуры

Для того, чтобы выполнять осознанные действия по эксплуатации оборудования,  оператор должен иметь информацию о положении определённых клапанов. Для таких клапанов выполняется дистанционная индикация положения клапана в виде сигнальных ламп положения, которые индицируют закрытое или открытое положение клапана. В цепях дистанционной индикации положения клапана используются  датчики положения, которые определяют положение штока и диска или положение привода. Один из типов датчика положения - механический концевой выключатель, который срабатывает при движении клапана.

Другой тип датчиков использует магнитные реле или трансформаторы, воспринимающие движение магнитного якоря, совершающего механическое перемещение при работе клапана.

Некоторые клапаны имеют местную индикацию положения, т.е. такие внешние признаки, по которым можно судить о положении клапана. Положение клапана с выдвигаемым штоком можно определить по положению штока. Клапаны с невыдвигаемым штоком иногда имеют небольшие механические указатели, которые приводятся в движение приводом клапана  одновременно с его запорным органом. Клапаны, приводимые в движение внешним источником энергии, как правило имеют механический указатель, который обеспечивает индикацию положения клапана по месту. С другой стороны, некоторые клапаны не имеют каких-либо устройств индикации их положения.

Выводы

Основная информация данной главы в сжатом виде приводится ниже.

Ручные приводы являются наиболее распространённым типом приводов арматуры. Существуют ручные приводы с маховиком, который непосредственно соединён со штоком, и с маховиком, который соединён со штоком через редуктор, обеспечивающий выигрыш в силе.

Электродвигательные приводы состоят из реверсивного электродвигателя, соединённого со штоком клапана через шестерёнчатый редуктор, который понижает скорость вращения и увеличивает вращающий момент.

В пневматических приводах используется давление воздуха с одной или с двух сторон мембраны, за счёт чего создаётся усилие перемещения клапана.

В гидравлических  приводах используется давление жидкости  с одной или с двух сторон поршня, за счёт  чего создаётся усилие перемещения клапана.

Соленоидные приводы имеют магнитный якорь, соединённый со штоком клапана. Усилие перемещения клапана создаётся в результате взаимодействия магнита якоря и катушки электромагнита привода клапана.