Если вы хотите сказать спасибо автору, просто нажмите кнопку:
Каждая гидросистема помимо насоса, исполнительных гидродвигателей и распределительной гидроаппаратуры имеет в своем составе клапаны. Количество клапанов в зависимости от сложности системы варьируется от единиц до нескольких десятков, а в некоторых случаях их количество измеряется сотнями. В данной статье будут описаны основные типы клапанов, наиболее часто встречающиеся в гидросистемах:
- Предохранительные клапаны
- Редукционные клапаны
- Обратные клапаны
- Управляемые обратные клапаны
- Тормозные (контрбалансные) клапаны.
Основной принцип действия клапана
Принцип действия простейшего клапана заключается в уравновешивании силы создаваемой давлением рабочей жидкости на площади седла и силы упругости пружины. Седло клапана — это конструктивный элемент, образующий рабочую кромку, обеспечивающую герметичное прилегание запорного элемента. Простейший клапан имеет конструкцию, изображенную на рисунке 1а. В корпусе 1 имеется рабочая кромка, к которой плотно прилегает поджатый пружиной 3 запорный элемент 2. Сила, создаваемая пружиной 3, определяет разницу давлений между полостями P и T при которой происходит открытие клапана. На рисунке 1б показан клапан в открытом состоянии, где стрелками показано направление движения рабочей жидкости. Двухступенчатые клапаны в зависимости от назначения могут иметь различную конструкцию и будут рассмотрены ниже.
Классификация
По виду запорного элемента различают несколько типов клапанов. Наиболее часто встречаются: сферический (шариковый), конический, плоский (см. рисунок 2). Благодаря высоким герметизирующим свойствам и технологичности наибольшее распространение получили сферические (шариковые) и конические клапаны.
По способу монтажа
различают клапаны картриджные, трубного, стыкового (фланцевого) и модульного монтажа. Картриджные клапаны дополнительно подразделяют на вворачиваемые (резьбовые) и закладные. Существует еще одна категория – бескорпусные клапаны. Бескорпусные клапаны это, как правило, набор составляющих элементов клапана предназначенный для установки в клапанную плиту или корпус.
Картриджные и бескорпусные клапаны могут быть использованы в гидросистеме только в составе клапанного блока или установленными в индивидуальный корпус. На рис. 3, на примере клапанного блока картриджные и бескорпусные клапаны показаны до установки и в установленном состоянии.
Клапаны трубного монтажа имеют резьбовые порты для присоединения гидравлических линий. Клапаны стыкового монтажа обычно предназначены для установки непосредственно на гидроагрегат (например, на гидроцилиндр или гидромотор) и фиксируются группой резьбовых крепежных элементов. Клапаны трубного и стыкового монтажа показаны на рис. 4. и рис. 5.
К подгруппе клапанов стыкового монтажа относится модульная гидроаппаратура СЕТОР (см. рис. 6). В зависимости от максимально пропускаемого потока рабочей жидкости аппаратура разбита на несколько групп: CETOP 02, 03, 05, 07 и 08. Перечень компонентов СЕТОР включает в себя целый ряд гидрокомпонентов: это и всевозможные клапаны, и гидрораспределители, и аппаратура управления расходом, и даже фильтрация рабочей жидкости. Все элементы монтируются группами или по отдельности на монтажные плиты. Пример сборки гидросистемы на элементной базе CETOP 03 показан на рис.7.
Предохранительные клапаны
Предохранительный клапан относится к клапанам регулирования давления с кратковременным срабатыванием. Он устанавливается в гидросистему для ограничения максимально возможного давления в линии. Каждая гидросистема имеет предохранительный клапан в линии высокого давления выходящей из насоса. Предохранительные клапаны могут быть установлены в линиях, давление в которых не должно превышать заданной величины. Например, в линии питания гидродвигателей устанавливают предохранительные клапаны для ограничения в них давления и, как следствие, ограничения максимального создаваемого двигателем усилия. Кроме указанных выше у предохранительных клапанов имеется множество типовых применений.
Согласно ГОСТ 2.781-96 предохранительные клапаны на схемах обозначаются как показано на рисунке 8.
В схемных решениях предохранительный клапан может быть применен для обеспечения минимально заданного уровня давления или подпора в линии гидросистемы. При таком применении предохранительные клапаны принято называть подпорными, что отражает характер их работы.
Схематично устройство предохранительного клапана прямого действия изображено на рисунке. 9. В корпусе 1 установлен конический запорный элемент 2, прижимаемый к седлу пружиной 3. Настройка пружины осуществляется регулировочным винтом 4. Контргайка 5 служит для фиксации регулировочного положения винта. Подвижная опора пружины 8 уплотнена по зазору с корпусом 1. Замкнутый объем 6 и зазор 7 являются демпфером колебаний запорного элемента клапана. Клапаны прямого действия имеют высокую скорость срабатывания, что является их основным достоинством. К недостаткам можно отнести нестабильную работу и склонность к автоколебаниям. Также при увеличении рабочих расходов сильно увеличивается и размер клапана.
Подобных недостатков лишены клапаны непрямого действия, которые часто называют двухступенчатыми или сервоклапанами. Устройство такого клапана показано на рисунке 10. К седлу корпуса 1 пружиной 9 прижат основной запорный элемент 2. В запорном элементе имеется дроссельное отверстие 3. Рабочую полость от линии слива Т отделяет пилотный клапан с запорным элементом 4, поджатый к седлу пружиной 5. Механизм регулировки поджатия пружины состоит из регулировочного винта 7 с контргайкой 10, опоры 6 и уплотнения 8.
Работа клапана происходит следующим образом: при давлении в линии Р ниже настройки срабатывания клапана, уровни давлений в рабочей полости и линии Р одинаковы, основной запорный элемент прижат к седлу пружиной 9. Начальные положения элементов клапана показаны на рисунке 10. При достижении давлением значения настройки пилотного клапана, последний открывается, и рабочая жидкость проходя через дроссельное отверстие 3 устремляется в линию Т. При прохождении рабочей жидкости через дроссельное отверстие создается перепад давлений между линией P и рабочей полостью. Этот перепад давлений воздействует на запорный элемент 2 и преодолевая усилие пружины 9, смещается, что приводит к открытию основного клапана.
Что собой представляет и для чего он нужен
Перепускной, он же переливной, клапан — это устройство, которое регулирует давление в системе путём перепуска или слива излишнего объема рабочей среды (газообразной или жидкостной) в другой контур. Особенность узла состоит в том, что он способен это делать непрерывно, чем отличается от предохранительного аналога, который снижает напор в трубопроводе путём разового или периодического отведения из него среды.
Схожий с ним редуктор давления в отличие от переливного узла, поддерживает стабильный напор жидкости в следующем от него потоке, в то время как переливной — до себя.
Особенности монтажа
*
Конкретное место установки перепускного устройства зависит от схемы и типа трубопровода. Клапан может встраиваться в дополнительный отводной контур. Для отопительных систем замкнутого цикла сброс излишнего давления проводится в трубопровод обратного направления. Допускается также его применение в качестве предохранительного вентиля, с настройкой на аварийное давление и со выводом жидкости в канализацию.
В схеме одноконтурной отопительной магистрали перепускной клапан устанавливается в байпасный отвод после нагнетательного насоса.
Перепускной клапан локальной системы отопления. Схема установки.
Для большей сохранности и безопасности всего отопительного контура желательно помимо перепускного устройства установить и дополнительные:
- обратный клапан для предотвращения обратного направления потока,
- воздухоотводной вентиль для стравливания воздушных пробок,
- сливной кран для полного сброса носителя из системы,
- для систем малого диаметра коттеджного типа – сетчатые фильтры.
В многоконтурных системах перепускные клапана устанавливаются в каждом контуре.
Области применения
Применяется клапан в трубопроводах, где может возникнуть повышенный напор рабочей среды.
В автомобилях он сбрасывает излишки выхлопных газов, раскручивающих лопасти турбины, снижая тем самым напор во впускном коллекторе. Это в конечном счете предохраняет двигатель от излишнего нагрева и выхода из строя. В трубопроводах подачи топлива и охлаждения он сливает излишки, образующиеся под давлением, соответственно в топливный бак и расширительный резервуар.
Широкое применение данная арматура находит в устройствах отопления и горячего водоснабжения, где она обеспечивает рациональное функционирование всех отопительных приборов и участков трубопровода. В сочетании с балансировочными и другими клапанами арматура выполняет роль регулятора давления.
Механизм
Конструкция включает в себя металлический корпус (чугунный, бронзовый, латунный), внутри которого располагаются заслонка и приводящая её в действие пружина. В виде заслонки может быть золотник, тарелка и т.п. Другой вариант – запорная мембрана со штоком. В корпус встроена рукоятка, которая служит для настройки прибора.
Приборы, применяемые в крупных сетях, трубопроводах большого диаметра, могут содержать в своем корпусе рычажно-грузовой механизм.
Схема устройства перепускного клапана:
Принцип работы
Теплоноситель, вода, газовая среда, продвигаясь по трубопроводу, оказывают нажим на заслонку, которую удерживает пружина. Как только сила напора достигает заданного уровня, затвор открывается и избыточный объем рабочей среды отводится по специальному ответвлению в другой контур системы.
После снижения уровня до нормального, спираль ставит затвор в исходное положение и содержимое трубопровода продолжает циркулировать.
При мембранном механизме проход для теплоносителя под воздействием напора открывает мембрана. Когда давление приходит в норму, мембрана возвращается на прежнее место.
В автомобиле перепускной узел турбины имеет заслонку, полное открытие или закрытие которой, зависит от рычага активатора. Длина его тяги может меняться со временем под воздействием различных факторов. Поэтому за этим следят и производят регулировку тяги.
Технические характеристики
Основные величины, определяющие возможности работы перепускных устройств в системе:
- Диаметр прохода. Внутреннее сечение прохода носителя через вентиль. Может отличаться от диаметра основного контура системы.
- Пропускная способность. Характеризует объем рабочей среды, способных пройти через клапан в единицу времени при номинальном давлении в 1 атм. Измеряется в куб.м/час.
- Предельное давление. Максимальное значение избыточного напора, на которое рассчитана работа устройства. Превышение в системе этого параметра приводит к смещению штока вентиля и началу перепуска носителя. Определяется при температуре носителя в 20 °С.
- Диапазон настройки. Границы возможностей регулировки избыточного давления, при котором начинается открывание клапана. Единица измерения – бар.
Регулировочная шкала с настроечным движком
Виды и конструкции
По принципам действия различают перепускные клапана с пружинным и мембранным конструкциями. Пружинные механизмы превалируют в системах, где сечение трубопровода составляет не более 200 мм, в других сетях водоснабжения и отопления используется рычажно-грузовой принцип.
Мембранные агрегаты используют все больше при работе с жидкотекучими средами, в которых имеется наличие твердых частиц.
В зависимости от среды трубопровода, перепускные устройства предназначаются для:
- газа;
- пара;
- жидкостей.
По назначению системы они применяются для трубопроводов:
- холодного водоснабжения,
- горячего водоснабжения,
- отопления,
- охлаждения,
- кондиционирования.
В системах отопления и водоснабжения различают перепускные клапаны по своему предназначению:
- для радиаторов;
- для бойлера и байпаса;
- для автоматической подпитки;
- для низких или высоких давлений.
На данном фото представлен переливной клапан со шкалой настройки. Изготовлен из бронзы и латуни, предназначен для установки в системах центрального отопления.
Наряду с перепускными регуляторами в конструкцию отопления устанавливают:
- воздухоотводчик для предотвращения воздушных пробок в трубах;
- трехходовой клапан для смешения или разделения потоков горячей и холодной воды;
- обратный, предотвращающий обратный поток в трубопроводе.
Для промышленных и коммунальных сетей применяют конструкции с условным диаметром DN до 500 мм и фланцевым соединением.
В автомобиле пропускные устройства бывают для:
- турбины;
- механизма подачи топлива;
- системы охлаждения двигателя.
Перепускной узел турбины сбрасывает выхлоп газов, уменьшая силу напора в коллекторе. Тем самым он защищает двигатель от перегрева.
В топливном трубопроводе переливной узел регулирует в ней скорость подачи бензина тем, что сливает излишек, закачиваемый к двигателю бензонасосом, назад в топливный бак.
Разновидности перепускных клапанов
При схожести принципа действия и рабочих характеристик устройства имеют дополнительные различия.
Способ присоединения
На магистралях малого диаметра (до 150 мм) входные и выходные патрубки обычно выполняются под резьбовое соединение. Варианты – внешняя или внутренняя резьба патрубка. На трубопроводах большого сечения используется подключение методом сварки или с применением фланцевых соединений.
Фланцевые клапана большого диаметра
Направление потока
*
Вентиль, устанавливаемый в основном потоке, обычно имеет угловую форму для подключения отводящего контура. Клапана, включаемые в байпасную магистраль, могут быть и прямоточными.
Перепускной клапан прямого потока
Активный элемент
Обычно перекрытие выходного отверстия осуществляется затвором или заслонкой. Но в некоторых конструкциях запорным элементом является диафрагма, соединенная со штоком. Применение диафрагменных вариантов рекомендуется в магистралях с рабочей средой, содержащей помимо жидкости или газа твердые частицы.
Механизм действия
Различие в способе воздействия на запорный элемент обусловило появление двух типов вентилей.
- Прямого действия. Простое механическое устройство, в котором теплоноситель непосредственно воздействует на активный элемент клапана. Недорогие и сравнительно простые в обслуживании.
- С элементами непрямого воздействия. Фактически состоит из двух вентилей. Клапан малого диаметра работает как датчик давления и при срабатывании управляет штоком главного затвора, который и открывает слив в обводной канал. Характеризуются более точной настройкой порога срабатывания.
Советы по выбору и примерные цены
Выбирая перепускное устройство, потребитель должен осознавать, что оно призвано обеспечить нормальную работу системы, постоянно поддерживать внутри неё стабильное давление.
Подобное приспособление должно отвечать следующим требованиям:
- содействовать понижению давления, оперативно перенаправлять избыточный объем теплоносителей в другой контур;
- иметь достаточный диапазон регулировки;
- подходить по способу подключения к трубам, например, иметь резьбовое соединение для труб диаметром ½′′.
Пропускной прибор подбирается, прежде всего, исходя из типа рабочей среды трубопровода: газ, пар, вода.
Далее руководствуются определенными критериями.
Критерии
Основными их них являются:
- особенности исполнительного механизма;
- тип и конфигурация трубопровода;
- материал изготовления клапана;
- диаметр устройства (DN), который не должен быть меньше сечения подводящего патрубка;
- диапазон перепадов давлений, поддерживаемых прибором;
- пропускная способность заслонки, характеризующаяся максимальным и минимальным значениями Kvs;
- рабочая и максимальная температура носителя.
Определенное значение рабочего давления, на которое необходимо настроить клапан, прописывается в техпаспорте.
Важно предусмотреть правильный монтаж, для чего необходимо грамотно все рассчитать с учетом параметров и конфигурации системы. К примеру, в сложной структуре отопления переливной регулятор лучше устанавливать за всеми насосами, применять дополнительно обратные затворы для их защиты.
Следует обращать внимание на надежность поставщиков, чтобы не нарваться на поддельные изделия.
Примерная цена на перепускные клапаны бытового применения варьируется от 1700 до 5 200 рублей. Промышленные образцы, оснащенные измерительными приборами, фланцами, с широким диапазоном настроек стоят гораздо дороже.
Так, указанный на фото, переливной угловой клапан с DN ¾», рассчитанный на 0,06-0,36 bar, с настроечной головкой, обойдется в 1680 рублей. Его устанавливают для обеспечения нормальной работы насоса. Сливает излишки теплоносителя при превышении давления в радиаторах в обратку.
Если придется приобретать перепускное устройство для автомобиля, необходимо учитывать все особенности предыдущего, не гнаться за дешевыми подделками.
Функции изделия
Функции подобного приспособления заключаются в том, чтобы своевременно осуществить сброс лишних объемов теплоносителя и таким образом уменьшить уровень его давления. Общие требования к подобным узлам заключаются в том, что они должны:
- способствовать понижению давления, своевременно сбрасывая излишки теплоносителей.
- иметь точную настройку, причем для отопительных систем в жилых помещениях желательно, чтобы настройка была ручной.
- обладать высокой прочностью и надежностью.
- обеспечивать безопасность эксплуатации систем отопления благодаря надежности собственной конструкции.
Разновидности конструкции перепускных клапанов
Перепускной клапан для отопительных систем может быть двух видов, характеризующихся принципами функционирования. Наиболее распространенным является пружинный вариант, а вот рычажно-грузовой в основном используется в крупных магистралях. Принцип работы пружинного устройства заключается в том, что в процессе перемещения теплоноситель давит на специальный затвор, который сдерживается с помощью пружины.
По достижению уровня давления равного силе сжатия пружины открывается страховочный шток, и излишки жидкости начинают отводиться с помощью выходного патрубка. После того как ситуация нормализуется, пружина возвращает затвор в первоначальное положение, и теплоноситель продолжает движение без ограничений.
Перепускной клапан системы отопления
Пружинные устройства используются в системах, в которых диаметр труб не превышает 200 миллиметров, в остальных случаях применяется рычажно-грузовая конструкция. Ее отличие от рычажной, прежде всего, заключается в том, что при отсутствии пружины фиксация штока происходит с помощью дополнительного груза, масса которого может варьироваться. В данном случае критический показатель настраивается с определенной погрешностью, а сама настройка выполняется с помощью изменения веса груза.
