Клапан предохранительный – устройство, типы, применение и принцип работы
Предохранительный клапан – разновидность трубопроводной арматуры, которая предназначена для механического повреждения путем сброса избыточного объема жидкой или газообразной среды в воздух до достижения нужного уровня давления. Клапан относится к оборудованию прямого действия, то есть работает непосредственно от рабочей среды и не требует действий со стороны оператора, специалиста по ремонту. Широкое применение подобных устройств для защиты трубопровода обусловлено следующими причинами:
- доступная цена, учитывая длительный срок применения;
- конструктивная простота;
- простота монтажа;
- широкий диапазон рабочих параметров;
- большой выбор габаритных размеров;
- возможность использования в условиях агрессивной окружающей среды;
- высокая надежность.
Принцип действия
По умолчанию клапан находится в закрытом положении под действием рабочего давления среды в трубопроводе. При повышении этого самого давления происходит повышение нагрузки на рабочий элемент, что снижает силу притяжения золотника к седлу. В момент, когда подобная сила становится раной нулю, происходит уравновешивание внешних сил и начинается процесс открытия запорного клапана. Происходить это может мгновенно или постепенно в зависимости от конструкции. В итоге в трубопроводе происходит частичная разгерметизация, через которую сбрасывается частично рабочая среда. Одновременно уменьшается внутреннее давление, при достижении номинального значения происходит закрытие. Обычно клапан закрывается в момент, когда уровень давления на 10-15 процентов ниже нормального. Происходит это из-за инерционности и из-за необходимости придать усилие значительно выше, чем то, которое было необходимо для поддержания в закрытом положении.
Разновидности клапанов предохранительного типа
Все подобное оборудование можно классифицировать по нескольким техническим параметрам:
- принцип работы;
- способ подъема запирающего элемента;
- высота подъема запирающего элемента;
- вид оказываемой механической нагрузки.
По принципу работы все подобные клапаны делят на устройства прямого и обратного действия. Первые срабатывают напрямую под воздействием транспортируемой жидкой либо газообразной среды, пара. Вторые же реагируют на действие стороннего источника давления, электрический сигнал.
По типу (способу) подъема запирающего органа все предохранительные защитные клапаны делят на пропорциональные и двухпозиционные. Первые обычно используют в трубопроводах с несжимаемыми средами, степень открытия которого зависит от уровня избыточного давления, что позволяет равномерно сбрасывать избыточную среду. Вторые сразу открываются на полный допустимый ход, обеспечивая максимальное падение напряжения (наиболее эффективно для сжимаемых сред).
По уровню высоты подъема запирающего элемента все подобные клапаны делят на малоподъемные и полноподъемные. Первые предполагают подъем на уровень порядка 5% от диаметра седла. Их особенность в малой пропускной способности, поэтому обычно их устанавливают на маломощных системах трубопроводов. Обычно подобные клапаны относятся к категории пропорциональных и имеют простую конструкцию. Полноподъемные модели обычно работают на базе двухпозиционного принципа действия с высотой подъема, которая может превышать диаметр седла. Подобные изделия имеют высокую пропускную способность, но имеют сложную конструкцию, что повышает их стоимость.
По виду оказываемой нагрузки на золотник запирающего элемента все изделия делят на грузовые (рычажно-грузовые) и пружинные. Первые представляют устройства, у которых давлению противодействует усилие, формируемое рычажным механизмом. В зависимости от длины рычага и массы определяется диапазон возможных давлений, при котором происходит срабатывание. Клапаны пружинного типа имеют соответствующую деталь, от жесткости которой зависит диапазон срабатывания. Использование пружины значительно повышает надежность и упрощает конструкцию, снижает итоговую стоимость изделия.
Особенности выбора и монтажа предохранительного клапана
При выборе конкретной модели учитывают следующие моменты:
- клапаны пружинного типа более компактны по размерам, поэтому их используют в случаях, когда ограничено свободное место;
- рычажно-грузовые предохранительные клапаны довольно сильно подвержены воздействию вибраций из-за наличия шарнирных соединений и длинного рычага;
- пружинный клапан со временем меняет значение усилия давления из-за изменения структуры металла в упругом элементе под действием старения и частого подъема;
- рычажные конструкции при работе используют силу тяжести, поэтому их монтаж должен идти только горизонтально.
При монтаже предохранительных клапанов необходим учитывать, что сброс среды должен идти в специальное устройство либо непосредственно в окружающую среду, а перед ним не должно быть какой-либо запорной арматуры. Дополнительно при подключении и выборе конкретных размеров стоит придерживаться следующих рекомендаций:
- диаметр патрубка для сброса должен быть достаточным для предотвращения возникновения случаев противодавления;
- если предусматривается возможность газообразной среды, то на патрубке можно смонтировать свисток для сигнализации о срабатывании клапана;
- характеристики и материал предохранительного клапана должны соответствовать транспортируемой среде и параметрам трубопровода.
Предохранительные клапаны для трубопроводов
Эти клапаны имеют целью предохранить котлы и резервуары, на которых они поставлены, от чрезмерного повышения давления, могущего вызвать взрыв и разрушение.
Различает следующие клапаны,
Грузовые рычажные предохранительные клапаны
Грузовые рычажные предохранительные клапаны — простые или двойные (рис. 1) — состоят из корпуса, поставленного непосредственно на штуцер котла, тарелки (или тарелок), нагруженной при помощи рычажной передачи грузом (или грузами), и штуцера для выхода наружу пара, к которому присоединяется выхлопной трубопровод. Согласно требованиям Котлонадзора размеры клапанов выбираются из расчета давления на тарелку клапана не выше 600 кг, что ограничивает размеры клапана, особенно при высоком давлении,
Пружинные предохранительные клапаны
Пружинные предохранительные клапаны (рис. 2), которые бывают либо ординарными либо двойными, причем их тарелка нагружена пружиной, рассчитанной на максимальное давление в котле.
Следует отметить, что в то время как европейской практика единодушно стоит за применение на стационарных котлах рычажных клапанов, англичане и американцы употребляют лишь пружинные предохранительные клапаны. На котлах транспорта (судовых и паровозных) пружинные клапаны имеют полноправное применение и в европейских странах. Предохранительные клапаны должны быть отрегулированы с таким расчетом, чтобы они открывались при давлении не выше 7 кг/см2— 0,2 кг/см2, а при давлениях выше 7 кг/см2 — на 3% рабочего давления. Предохранительные клапаны являются непременным условием безопасной работы паровых котлов, и работа без них ни в коем случае недопустима.
Сервомоторные предохранители
Разновидностью предохранительных клапанов являются так называемые сервомоторные предохранители (рис. 3), которые действуют не непосредственно давлением пара на тарелку клапана, а при помощи сервомоторного поршня, открывающего тарелку главного клапана под действием парового импульса, получаемого от небольшого импульсного (рычажного или пружинного) предохранительного клапана, установленного на соответствующее давление. В сервомо-торном клапане износу подвержена не тарелка основного клапана, а лишь маленькая тарелка импульсного клапана.
Сервомоторные клапаны можно выполнить на большую пропускную способность, что позволяет сократить общее количество клапанов на 1 котел и тем самым уменьшить возможность выхода из строя всего котла. Аналогичные клапаны ставятся в качестве «аварийных» клапанов на паропроводах различного давления для предохранения от разрыва вследствие чрезмерного повышения давления пара.
Атмосферные клапаны
К предварительным клапанам могут быть отнесены также и атмосферные клапаны (рис. 4), которые ставятся на выхлопных паропроводах турбин для выпуска пара в атмосферу при срыве вакуума.
Автоматические парозапорные клапаны
Для автоматического прекращения истечения пара на случай разрыва паропровода применяются либо простые либо двойные автоматические парозапорные клапаны, в которых тарелка клапана под влиянием критической скорости, возникающей при разрыве трубопровода за клапаном, увлекается струей пара и захлопывается.
Простые клапаны закрываются лишь в одном направлении и ставятся на паропроводах с одним направлением движения пара. Двойные клапаны могут действовать в обоих направлениях и ставятся на паропроводах, где направление движения пара может меняться. Если такого устройства нет, то открытие клапана производится под действием соединенной с тарелкой клапана пружины при закрытии запорного вентиля на паропроводе.
Другая более упрощенная конструкция самозапорного клапана приведена на рис. 5 и применяется на трубопроводах низкого давления. Запорным органом в ней является шар, который под действием высокой скорости струи пара при разрыве трубопровода захватывается и прижимается к седлу.
Обратные клапаны
Обратные клапаны также являются предохранительной арматурой, т. к. они автоматически закрываются при прекращении потока рабочей среды и в случае понижения давления до клапана. Они могут применяться как на водяных, так и на паровых линиях, особенно дренажных в связи с конденсационными горшками.
По конструкции они бывают горизонтальные и вертикальные. Первые ставятся на горизонтальных линиях и бывают либо простые либо с катарактом. Сюда же можно отнести и обратные питательные клапаны, которые представляют собой скомбинированные в одном корпусе обратный клапан и запорный вентиль. Такие конструкции однако употребляются лишь при низких давлениях как арматура на питательной линии у самого котла. Другой тип обратных клапанов, так называемые «захлопка», с катарактом или без него употребляется главным образом на трубопроводах низкого давления.
Источник https://arm-eurasia.ru/blog/klapan-predohranitelnyj/
Источник https://www.masterovoi.ru/stroy-mat/predohranitelnye-klapany