Запорный клапан - конструктивные особенности, принцип работы, сфера применения

Конструкция запорных клапанов:

Запорный клапан, вентиль - тип запорной трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия или регулирования потока с высокими показателями температуры и давления, при относительно небольших диаметрах трубопровода.
Запорный орган, которым в вентиле чаще всего является золотник, в крайнем закрытом положении плотно садится в седло и обеспечивает высокую герметичность.
Перекрытие потока происходит за счет поступательного движения золотника параллельно оси потока рабочей среды. Шпиндель передаёт крутящий момент от ручного маховика или электропривода через неподвижную ходовую гайку золотнику, преобразовывая его в поступательное движение золотника.

Применение ходовой резьбы, обладающей свойствами самоторможения, позволяет оставлять запорный орган в любом промежуточном положении без его самопроизвольного изменения под действием давления.

Клапаны широко распространены как запорная арматура, что объясняется возможностью обеспечения хорошей герметизации в запорном органе при сравнительной простоте конструкции. Клапаны применяются для жидких и газообразных сред с широким диапазоном рабочих параметров, таких как давление - до 250 МПа, температура - до +600°С.

Направление потока:

По конструкции корпуса запорные вентили делятся на проходные, угловые и прямоточные.

Проходные клапаны устроены таким образом, что поток рабочей среды на входе и на выходе имеет одинаковое направление, но внутри самого клапана делает 2 поворота на 90°. Такие клапаны могут применяться для перекрытия рабочих сред с высокими показателями температуры и давления, выдерживают значительные перегрузки и сохраняют герметичность. Однако подобная конструкция приводит к высокому гидравлическому сопротивлению и появлению застойных зон в корпусе.

Угловые клапаны поворачивают поток рабочей среды на 90° и применяются на поворотных участках трубопровода. По сравнению с проходными клапанами, угловые имеют меньшее гидравлическое сопротивление.

Прямоточные клапаны в чем-то схожи с проходными клапанами. В них направление потока сохраняется, но ось шпинделя расположена не перпендикулярно, а наклонно к оси прохода. Конструкция прямоточного клапана позволяет существенно спрямить поток и уменьшить гидравлическое сопротивление, однако при этом увеличивается ход запорного органа, строительная длина и вес клапана.

Конструкции уплотнения:

По способу герметизации бугельного узла (подвижного соединения шпиндель-гайка) клапаны делятся на сальниковые, сильфонные и мембранные.

В вентилях с сальниковым уплотнением герметичность соединения крышки с подвижной частью обеспечивается сальниковой набивкой. Современная сальниковая набивка представляет собой, как правило, шнур или кольца из асбеста с графитовой пропиткой. Также используются безасбестовые уплотнительные материалы из фторопласта или на основе графита. При помощи специальных устройств набивка поджимается вдоль оси шпинделя (штока), упираясь в стенки сальниковой камеры и уплотняется. Таким образом создаётся герметичность и рабочая среда не проникает за пределы корпуса. В арматуре малых диаметров поджатие набивки производится накидной гайкой, больших - специальной деталью-сальником при помощи двух откидных или анкерных болтов с гайками. Сальники максимально упрощают конструкцию и уменьшают стоимость запорных клапанов, однако для номинального давления от 2,5 МПа и номинального диаметра более 50 (эти границы весьма ориентировочные) ходовой узел выносится из зоны рабочей среды и располагается выше сальникового уплотнения, а ходовую гайку размещают в бугельном узле, расположенным над крышкой клапана, то есть конструкция существенно усложняется для ликвидации влияния рабочей среды на соединение шпиндель-гайку и повышения его долговечности и надёжности.

Сильфонное уплотнение - это упругая однослойная или многослойная гофрированная оболочка, сохраняющая прочность и плотность при многоцикловых деформациях сжатия, растяжения и изгиба. Металлический сильфон при помощи сварки или пайки соединяется с верхними или нижними кольцами (или деталями другой формы), образуя так называемую сильфонную сборку. Сильфонная сборка своей верхней частью неподвижно и герметично соединяется с корпусными деталями арматуры, а нижней - со штоком или золотником клапана, перекрывая таким образом возможность выхода рабочей среды во внешнюю. Поступательное перемещение штока для управления золотником происходит внутри сильфона, который может изменять свою длину за счёт деформации гофров. Сильфонные клапаны используются для работы в таких средах, утечка которых в окружающую среду недопустима. Преимущество таких клапанов перед сальниковыми - исключение утечки рабочей среды в атмосферу в пределах срока службы сильфонного узла. Но это преимущество достигается путём существенного усложнения конструкции и соответственно более высокой стоимости клапана.

Клапаны с мембранным уплотнением принципиально отличаются от клапанов другой конструкции. Внешнее уплотнение обеспечивается при помощи мембраны, выполняющейся в виде упругого диска из эластичных материалов (резина, фторопласт). Профиль мембраны позволяет в центральной её части осуществлять возвратно-поступательное движение, достаточное для закрывания или открывания запорного или регулирующего органа арматуры. Мембрана устанавливается и зажимается по наружному диаметру между корпусом и крышкой, это обеспечивает герметичность соединения корпусных деталей и одновременно полностью отсекает внутреннюю полость арматуры от внешней среды. Особенность мембранных вентилей состоит в том, что диафрагма одновременно может выполнять функцию затвора, перекрывая под действием шпинделя проход рабочей среды через корпус. Такая конструкция позволяет без применения нержавеющих сталей иметь чугунные клапаны, пригодные для различных агрессивных сред. Для этого внутренние поверхности корпуса покрываются различными антикоррозийными материалами (фторопласт, резина, полиэтилен, эмали). Недостатками таких клапанов являются небольшой срок службы мембраны и ограниченные небольшими давлениями и температурами пределы их применения.

Основные преимущества запорных клапанов:

• надежная конструкция, выдерживающая высокие показатели температур и давлений;
• относительно простое техническое обслуживание и ремонт;
• малый ход запорного органа для полного открытия, малая строительная высота и вес;
• отсутствие трения запорного органа о седло, что существенно уменьшает изноc.

Недостатки:

• высокое гидравлическое сопротивление;
• ограничение пределов применения по диаметру;
• наличие застойных зон, в которых может скапливаться шлам.

Сфера применения запорных клапанов:

Клапаны и вентили применяются для жидких и газообразных сред с широким диапазоном рабочих параметров: давления — от вакуума 5·10−3 мм рт. ст. до 250 МПа, температуры — от -200 до +600 °C. Клапаны обычно используются на трубопроводах относительно небольших диаметров, так как в случае больших размеров приходится иметь дело с существенным возрастанием усилий для управления клапаном и усложнять конструкцию для обеспечения правильной посадки затвора на седло корпуса.

Компания Мастер-Пром реализует запорные клапаны, классифицируя их по сферам применения: отопление, теплоснабжение и ГВС, высокотемпературные паровые сети.