Предохранительный клапан — устройство, назначение, работа, типы

Обязательным элементом каждой гидросистемы, функционирующей под высоким давлением, считается предохранительный клапан. Устройство специально предназначено для защиты систем от чрезмерного превышения давления, ограничивая его предельную границу. При приближении к опасной отметке сбросной клапан срабатывает, осуществляя сброс рабочей среды до момента нормализации внутрисистемного давления.

Предохранительный клапан с переливным золотником

Более стабильно давление держат двухкаскадные клапаны (рис. 63), в которых малый предохранительный клапан точно отрегулирован и управляет работой переливного клапана. Переливной клапан находится под гидростатическим давлением сверху и снизу и под действием пружины, стремящейся его закрыть. Верхняя и нижняя полости соединены дросселем. При превышении давления сверх допустимого клапан, регулируемый пружиной, открывается, давление в верхней полости за счет потери в дросселе уменьшается и переливной клапан поднимается вверх, обеспечивая сброс жидкости.

Рис. 63. Предохранительный клапан с переливным золотником 1 – пружина предохранительная клапана;

1 – предохранительный клапан; 3 – дроссель; 4 – пружина переливного золотника; 5 – переливной золотник

Принцип действия

На поясняющем рисунке  — чертёж типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия

Устройство предохранительных клапанов

Предохранительный клапан – это специальная трубопроводная арматура, функционирующая от рабочей среды. Существуют различные типы предохранительных устройств, но сбросные клапаны пользуются наибольшей популярностью благодаря эффективности работы при относительной несложности конструкции.

Конструкция предохранительного клапана зависит от его типа, но чаще применяются клапаны с пружинным механизмом прямого действия, обязательными компонентами которых являются задатчик с запорным органом. Задатчик отвечает за силовое воздействие на чувствительный элемент, непосредственно связанный с запорным органом, состоящим из запора и седла. В роли затвора обычно выступает золотник, а в качестве задатчика используется стальная пружина.

Грузовые аккумуляторы

Грузовые аккумуляторы отличаются простотой конструкции и надежностью в работе. К недостаткам их относится малая емкость жидкости и инерционность ввиду большой массы груза.

Рис. 65. Грузовой аккумулятор

1 – переливное отверстие; 2 – крестовина; 3 – груз; 4 – шток; 5 – цилиндр; 6 – основание

Рис. 66. Пневмогидравлический аккумулятор

1 – управляющая колонка; 2 – пневмогидравлический баллон; 3 – пневматические баллоны

Грузовой аккумулятор (рис. 65) состоит из основания с цилиндром штока и подвешенных через крестовину грузов.

Жидкость подводится в нижнюю часть аккумулятора, поднимая шток с грузом. В зависимости от площади штока и веса груза определяется давление аккумуляторов. Для предотвращения выбрасывания жидкости аккумулятора в верхней части цилиндра устанавливается переливное отверстие.

Обратный клапан

При установке нескольких насосов каждый из них подключается к магистрали через обратный клапан. При остановке насоса или переводе его на холостой ход прекращается переток жидкости из магистрали к насосу. Обратный клапан (рис. 64) состоит из корпуса и клапана, прижимаемого пружиной на конусное седло. При воздействии давления снизу клапан открывается и жидкость перетекает в прямом направлении. При остановке насоса переток жидкости прекращается и противодавлением клапан опускается вниз, прижимаясь к седлу и предотвращая движение жидкости в обратном направлении.

Рис. 64. Обратный клапан

1 – клапан; 2 – пружина; 3 – конусное седло; 4 – корпус

Устройство гидроаккумулятора и их разновидности

На гидравлических станциях средней и большой мощности для стабилизации давления при переменном расходе жидкости применяют аккумуляторы. В момент большого расхода аккумулятор отдаст масло в магистраль, в момент малого расхода заряжается. Применяют аккумуляторы многих типов, но наиболее широко распространены грузовые и пневматические.

Классификация предохранительных клапанов

По принципу действия

• клапаны прямого действия — обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;
• клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства;

По характеру подъёма замыкающего органа

• клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах)
• клапаны двухпозиционного действия

По высоте подъёма замыкающего органа

• малоподъёмные
• среднеподъёмные
• полноподъёмные

По виду нагрузки на золотник

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

Виды защитных механизмов

В промышленности применяются различные конструкции защитных устройств труб, в зависимости от их места установки и проводимой среды. Это могут быть пружинные, рычажные, мембранные, двухпозиционные и другие виды применяемых предохранительных клапанов.

Рассмотрим подробнее их устройство и принцип работы.

Клапан предохранительный пружинный

Самый широко используемый предохранительный клапан, особенно для систем отопления. Основные его преимущества, простота конструкции и возможность легко отрегулировать на рабочее давление в системе. Различают следующие разновидности защитных пружинных механизмов:

• прямого действия – устройство срабатывает при непосредственном воздействии рабочей среды;
• непрямого действия – сброс повышенного напора производится внешним управлением, например, электрическим сигналом;
• двухпозиционные агрегаты – открытие фитинга происходит сразу резко на полный ход, после сброса напора фитинг резко закрывается, что может вызвать автоколебания седла и вибрацию механизма.

Двухпозиционный фитинг

Защитный механизм рычажного типа

Механизм данного фитинга состоит из рычага, соединенного с золотником, который закрывает отверстие выпуска. На рычаг подвешивается груз, и, в зависимости от веса груза и места крепления на рычаге, регулируется настройка механизма.

Груз фиксируется на рычаге от случайного смещения и изменения настройки. Недостатком данной конструкции является ее громоздкость, поэтому применение таких механизмов производится в системах с большим диаметром труб, больше 50 мм.

Защитное устройство рычажного типа

Клапан предохранительный мембранный

Основным элементом такой конструкции является мембрана. Принцип работы состоит в том, что при возникновении аварийного напора в трубах мембрана разрывается и производится сброс рабочей среды. Мембранные устройства просты в изготовлении, герметичны и быстро срабатывают.

Важно! У них есть существенный недостаток, после каждого срабатывания мембрану надо менять на новую. Поэтому всегда рядом с таким устройством ставят и обычный фитинг.

В зависимости от конструкции, такие устройства могут быть с разрывной мембраной и с хлопающей мембраной:

1. Механизмы с разрывной мембраной применяют в системах с жидкими и газообразными рабочими средами. Форма мембраны плоская или куполообразная, при резком изменении давления выше рабочего устройство срабатывает, и мембрана разрушается.
2. Механизмы с хлопающей мембраной используются чаще всего в системах с газообразной рабочей средой. Мембрана изготавливается из каучукообразной ткани и предохраняет трубы как от повышения, так и опасного снижения давления. Для этого сверху и снизу мембраны расположены ножи. При изменении давления мембрана выгибается, и когда, при резком перепаде в системе, касается ножей, то происходит разрез оболочки. При этом в зависимости от величины напора происходит или сброс, или пополнение от дополнительной емкости.

Предохранительное мембранное устройство

Установка и монтаж

Для обеспечения безопасной эксплуатации газовых и водяных трубопроводов, при установке защитных агрегатов, рекомендуется соблюдать следующие требования:

1. На трубах, подходящих к защитному механизму, и трубопроводах сброса напора нельзя устанавливать запорную арматуру и фильтра.
2. Ось пружинного фитинга должна устанавливаться вертикально. К агрегату должен быть обеспечен свободный доступ для замены и регулировки.
3. Рычаг защитного механизма рычажного типа при установке должен располагаться горизонтально.
4. Перед фитингом для контроля напора необходимо установить манометр.

   Установка манометра на трубопровод

5. В зависимости от рабочей среды отводящая труба может быть направлена: в атмосферу для пара и газообразных неагрессивных сред. Для горячей воды слив должен быть направлен в специальную емкость, или обратно в систему. Если в трубах агрессивная среда, то сброс должен сливаться только в закрытый резервуар.
6. Длина трубы от оборудования до установки защитного агрегата должна быть минимальной. На этом участке не допускается подключение ответвлений для отбора рабочей среды.
7. Предохранительный клапан для системы отопления может устанавливаться в нескольких местах на трубопроводе, при этом расход рабочей среды через трубопровод должен быть на 1,25 раз больше, чем суммарный расход устанавливаемых устройств. Установка оборудования в котельной
8. Перед сдачей системы в эксплуатацию обязательно проверяют правильность настройки предохранительного клапана, а также его способность возврата в начальное положение и обеспечения герметичности.

Пневмогидравлический аккумулятор

Пневмогидравлический аккумулятор (рис. 66) состоит из пневматических баллонов, пневмогидравлического баллона, системы управления. Ввиду взрывоопасности смеси паров масла с воздухом пневматические баллоны заряжаются инертным газом – азотом, аргоном и т. д. Жидкость через запорный клапан закачивается в нижнюю часть гидравлического баллона, сжимая находящийся в аккумуляторе газ.

Эксплуатация

Долговечность работы защитных механизмов зависит от соблюдения всех условий технической эксплуатации. При работе защитного агрегата из-за износа основных частей могут возникать следующие дефекты:

1. Негерметичность седла. Дефект может возникнуть в результате попадания металлической стружки и наличие рисок на седле. Дефект устраняется притиркой седла или его заменой на аналогичный фитинг.
2. Заниженное давление открытия устройства вследствие потери пружиной клапана своих упругих свойств или разрегулировка настройки. Для устранения отказа надо заменить пружину или сам фитинг, настроить давление, проверить в работе и поставить пломбу.
3. Если необходимо произвести замену агрегата для ремонта, то на его место нельзя временно ставить заглушку или вентиль. Необходимо, для безопасности объекта, предварительно произвести подбор клапана с точно такими же характеристиками, и только его устанавливать вместо снятого.
4. Если возникает пульсация при работе, быстрое открытие и закрытие затвора устройства, то такой дефект может вызывать нежелательную вибрацию трубопроводов, что может привести к их деформированию. Причиной может быть несоответствие размеров сечений основного трубопровода и трубопровода, подключенного к агрегату. Для устранения дефекта надо при монтаже устанавливать трубы одинакового сечения.

Преимущества применения предохранительных клапанов

Сбросные клапаны активно используются для предохранения от возникновения неполадок в системах, работающих под высоким давлением.

Преимущества использования клапанов, обеспечивающих нормализацию давления в системе, очевидны:

• Невысокая цена устройства при длительном сроке эксплуатации.
• Простота конструкции и легкость в эксплуатации.
• Несложность монтажа и выбора рабочих настроек.
• Разнообразие типов и габаритных размеров позволяет подобрать наиболее подходящий сбросной клапан в зависимости от технических характеристик системы.
• Возможность использования устройств в агрессивной среде.
• В зависимости от типа устройства бывают клапаны, которые устанавливаются как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

Предохранительный клапан – относительно недорогой и надежный элемент, который является обязательной частью любой системы, работающей под высоким давлением. Правильный выбор предохранительного устройства, профессиональный монтаж, своевременное обслуживание и устранение неполадок обеспечит бесперебойное функционирование системы на протяжении длительного времени.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Ножовка по металлу — виды, применение, к... Твердосплавные пластины — преимущества,... Виды сверл по металлу и дереву — назначе... Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) для...