Клапаны
Клапаны наряду с кранами, дисковыми затворами и задвижками являются одним из типов трубопроводной арматуры. Слово «клапан» пришло в русский язык из немецкого, в котором существительное Klappe имеет много значений, одно из которых, наиболее близко передающее сущность этого технического устройства, ─ крышка. Подобно крышке клапан открывает-закрывает проход для рабочей среды. Его главный отличительный признак ─ запирающий (или регулирующий) элемент перемещается параллельно оси потока среды.
Безусловными достоинствами клапанов при их сравнении с другими типами трубопроводной арматуры являются небольшие масса и размеры, высокая степень герметичности, быстродействие (незначительное время срабатывания), малая строительная высота (размер от горизонтальной оси проходного сечения корпуса до верхнего торца штока при полном открытии). Легко выполняется регулировка предохранительных клапанов.
Уже во времена Древнего Рима применялись мембранные клапаны, с помощью которых регулировали заполнение водой больших емкостей. Мембранные клапаны, особенно эффективные для управления потоками агрессивных сред, используют и в XXI столетии. Конечно, сегодня они совсем другие, ─ вместо сырой кожи их мембраны (диафрагмы) изготавливают из натурального каучука, бутилкаучука, нитрилкаучука и т. д.
Эпоха подлинного расцвета клапанов как сегмента трубопроводной арматуры наступила после изобретения одного из главных драйверов, начавшейся в 18 в. промышленной революции, ─ паровой машины. Стремительно развивавшейся машинной индустрии в огромных количествах потребовались предохранительные клапаны для котлов, поэтому возникло большое количество предприятий, главным направлением деятельности которых стали «паровые» предохранительные клапаны.
Предохранительная арматура
Предохранительная арматура ─ один из видов арматуры. Ее главное назначение ─ автоматическая защита трубопроводов и оборудования (насосного в т. ч.) «от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды». (В кавычках ─ цитата из «ГОСТ 24856-2014 Арматура трубопроводная. Термины и определения»).
Сброс рабочей среды в аварийном режиме предохранительным клапаном ─ один из наиболее показательных примеров, раскрывающих понятие термина «срабатывание арматуры». Его способ может быть разным: непосредственно в окружающую среду (предохранительные клапаны открытого типа) или в отводящий трубопровод, т. е. систему с более низким давлением (предохранительные клапаны закрытого типа). Очевидно, что при дозировании дорогостоящих, экологически небезопасных реагентов второй вариант ─ единственно возможный.
В технической литературе можно встретить термины «предохранительно-сбросный клапан» (сокращенно ПСК), «клапан предохранительный сбросной», адресованные к клапанам, устанавливаемым в частности в системах транспортировки и распределения газа (предохранительный клапан для газа). В уже упоминавшемся выше ГОСТ 24856-2014 термин «сбросная арматура» не упоминается вовсе, а словосочетание «сбросной клапан» ─ лишь как термин, нерекомендуемый к использованию для обозначения предохранительного пропорционального клапана, т. е. клапана, запирающий элемент которого открывается пропорционально возрастанию давления рабочей среды. В отличие от предохранительных клапанов пропорционального действия в двухпозиционных предусмотрено только два режима «закрыто» и «открыто», и расстояние между двумя крайними положениями преодолевается затвором фактически мгновенно, без заметного изменения давления рабочей среды.
Назначение предохранительного клапана
─ уберечь детали системы (если рабочей средой является жидкость, ─ гидравлической системы) от перегрузки. Когда насос подает рабочую среду, а возможности для ее выхода нет, ─ например, из-за перекрытия трубопровода линии нагнетания осадком из твердых частиц или в случае ошибочного закрытия запорного клапана на линии нагнетания, ─ давление в системе будет увеличиваться до тех пор, пока не выдержит и не сломается ее самое слабое звено. По названию наиболее дорогостоящего и технически сложного элемента системы клапан могут называть ─ предохранительный клапан для котла, предохранительный клапан для водонагревателя, предохранительный клапан для бойлера, предохранительный клапан цистерны, и, конечно, предохранительный клапан для насоса.
Недопустимое превышение давления может быть обусловлено различными причинами. Это и т. н. «человеческий фактор», проявляющийся в ошибках персонала при монтаже или эксплуатации оборудования; нарушения в работе технических устройств вследствие их поломок; физические процессы, происходящие в рабочей или окружающей среде, например, резкий рост поступления тепловой энергии. Последствия, которыми это грозит, могут быть фатальными как для самих гидравлических систем, так и обслуживающего персонала, поэтому немедленное реагирование на избыточное давление ─ важнейшее звено в комплексе мероприятий, направленных на обеспечение надежной и безопасной работы гидросистем.
Установка предохранительного клапана обеспечивает защиту от недопустимого повышения давления. Использование слова «защита» дает основание говорить, что в широком смысле слова любой предохранительный клапан и предохранительный клапан дозировочного насоса в т. ч. является защитным. Хотя в действующем ГОСТ 24856-2014. терминов «защитная арматура» и «защитный клапан» нет. Но в предыдущем, действовавшем до 31 марта 2015 года «ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения», термин «защитная арматура», как арматура, предназначенная «для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимых или непредусмотренных технологическим процессом изменений параметров», присутствует. В число этих параметров может входить не только давление (предохранительный клапан давления), но и температура. ГОСТ 24856-2014 устанавливает термин «предохранительный клапан, срабатывающий от температуры», т. е. предохранительный клапан, чувствительный элемент которого при повышении температуры рабочей среды в защищаемом объекте перемещает запирающий элемент для сброса рабочей среды и снижения температуры».
Устройство предохранительного клапана
определяет его место в классификации данного класса технических устройств, отличающихся широким разнообразием конструктивных решений.
В зависимости от того, посредством чего создается противодействующее рабочей среде усилие на запирающий элемент, различают следующие типы предохранительных клапанов ─ клапан предохранительный пружинный, рычажно-грузовой, рычажно-пружинный, с мембранным чувствительным элементом. Также есть предохранительный клапан с газовой камерой или предохранительный клапан газовый.
Выше уже было отмечено, что предохранительные клапаны бывают пропорциональными и двухпозиционными.
Различают предохранительные клапаны сильфонные и несильфонные. В первых сильфон используется для герметизации штока, а также в качестве силового или чувствительного элементов.
Изготавливают предохранительные клапаны с подрывом, т. е. оснащенные устройством для пробного срабатывания при давлении настройки или ниже его, а также без подрыва. Давление настройки ─ это наибольшее избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивает заданную герметичность. В ассортименте «Завода дозировочной техники Ареопаг» предохранительные клапаны представлены в двух исполнениях: с подрывом и без.
Тип проточной части корпуса дает основание разделять предохранительные клапаны проходные, у которых патрубки расположены на одной оси, и предохранительные клапаны угловые.
В зависимости от того, какая технология использовалась при изготовлении корпуса, различают предохранительные клапаны сварные, литые, штампованные, кованые. Возможна комбинация нескольких технологий ─ предохранительные клапаны комбинированные: ковано-сварные, ковано-литые, штампо-сварные, лито-сварные.
Важный аспект для тех, кому необходимо предохранительный клапан купить, ─ его способ присоединения к трубопроводу. Различают предохранительные клапаны фланцевые и бесфланцевые: под приварку, муфтовые, штуцерно-торцовые, цапковые.
Фланцевым и бесфланцевым может быть основной разъем «корпус-крышка предохранительного клапана».
Выбор материала проточной части и запирающего элемента зависит от свойств перекачиваемой среды. В «ЗДТ Ареопаг» проточную часть изготавливают из никелевого и титанового сплавов, а также хромистых, хромоникелевых и хромоникелемолибденовых сталей.
Предохранительные клапаны могут быть мало-, средне- и полноподъемными. Для малоподъемных ход запирающего элемента не превышает 1/20 диаметра седла; для полноподъемных эта величина равна или больше ¼.
Примеры использования предохранительных клапанов насоса
встречаются повсеместно. Очень показательный ─ система гидроусилителя руля в автомобиле. Работающий в ней масляный насос снаряжен, как правило, встроенным предохранительным клапаном, настроенным в зависимости от марки автомобиля на давление от 60 до 125 атм. Срабатывать он может, когда выкрученный до упора руль остается в таком состоянии несколько секунд. Для эксплуатации в условиях бездорожья, может устанавливаться внешний предохранительный клапан масляного насоса (внутренний при этом отключается).
Предохранительный клапан ставят в нагнетательном канале основного насоса гидравлических экскаваторов. Отрегулированные на определенную величину начала открытия предохранительные клапаны встроены в корпуса маслоперекачивающих насосов на тепловозах.
Предохранительный клапан насоса используется в металлорежущих станках, где для обеспечения плавности движения и устойчивости режимов резания предусмотрено использование противодавления. Благодаря этому не происходит резкого увеличения скорости инструмента при стремительном уменьшении нагрузки. Например, при прекращении контакта инструмента с обрабатываемой деталью.
В буровом оборудовании срабатывание предохранительного клапана насоса, перекачивающего промывочную жидкость, служит сигналом для прекращения бурения, что позволяет предупредить повреждение керноприемной трубы.
В нефтегазовом комплексе предохранительные клапаны исключают разрушение (разрыв) нагнетательной системы цементировочных агрегатов.
Как правило, предохранительными клапанами, служащими для выпуска части раствора из камеры нагнетания, снаряжаются насосы, используемые в теплоэнергетике. При этом жидкость направляется в находящийся выше расходный бак, что позволяет экономить реагенты и предупреждает попадание едких брызг на обслуживающий персонал.
Работа предохранительного клапана
дозировочного насоса заключается в том, что когда давление превышает заданное значение, он открывается, и дозируемая рабочая среда перенаправляется в дозировочный бак. Применяемые во многих областях технологий дозировочные насосы могут быть оснащены встроенным предохранительным клапаном и (или) внешним предохранительным клапаном на напорном трубопроводе. Настройка предохранительного клапана зависит от условий эксплуатации: клапан предохранительный 1 бар, клапан предохранительный 2 бар и т. д.
Предупреждать последствия аварийного превышения давления предохранительные клапаны могут самостоятельно (предохранительные клапаны прямого действия) или являясь частью многокомпонентных устройств. Таких, как например, импульсно-предохранительные устройства (ИПУ), в которых главный предохранительный клапан (ГПК), он же предохранительный клапан непрямого действия, устанавливают на магистрали. А импульсный предохранительный клапан меньшего сечения, размещенный на пилотной линии, служит для ГПК управляющим элементом.
Основные технические характеристики предохранительных клапанов ─ условный проход, а также давление ─ номинальное, настройки, пробное на входе, полного открытия, начала открытия, закрытия.
Номинальный диаметр прохода DN предохранительных клапанов насосов производства «ЗДТ «Ареопаг» составляет 4, 6, 20, 15 мм, номинальное давление ─ 6,3, 16, 40, 63, 100, 160, 250, 320, 400 кгс/см2. Давление начала открытия ─ от 1,05 Pн до 1,07 Pн, давление полного открытия ─ 1,1Pн или 1,15Pн, давление закрытия не менее 0,8 Pн. Pн ─ давление настройки, максимальное значение которого равно номинальному давлению PN.
Клапаны «ЗДТ «Ареопаг» могут эксплуатироваться с жидкостями, обладающими следующими параметрами:
- температура ─ от минус 40 до плюс 200 OC;
- водородный показатель ─ pH 0-14;
- плотность ─ до 2000 кг/м3;
- доля неабразивной твердой фазы ─ до 10 %;
- кинематическая вязкость 3,5х10-7…3х10-2 м2/с.
Клапаны производства «ЗДТ Ареопаг» поставляются отдельно и в составе насосных дозировочных установок.
Предохранительные клапаны составляют лишь малую часть ассортимента и общего объема продукции, выпускаемой ведущим российским производителем дозировочного оборудования «ЗДТ Ареопаг». Но как все сделанное на этом предприятии их отличают высокое, не уступающее лучшей зарубежной продукции качество и полностью соответствующая реалиям российского рынка цена. А это и есть два главных условия эффективного полноценного импортозамещения.