Клапан предохранительный — все о типах, принципе работы и устройстве

Предохранительный клапан — специальное устройство, предназначенное для защиты трубопроводной системы, её элементов и подсоединённого к ней оборудования от механического разрушения, возникающего вследствие воздействия чрезмерного давления. Чрезмерное давление может возникать по различным причинам, таким как аварийные ситуации, перегрузки или неисправности оборудования. Предохранительные клапаны имеют разнообразную конструкцию и характеристики, что позволяет им эффективно работать с разными средами — как газообразными, так и жидкими. В зависимости от условий эксплуатации и типа рабочей среды, предохранительные клапаны могут изготавливаться из различных материалов, устойчивых к коррозии, высоким температурам и давлению, что обеспечивает их надёжную и длительную службу.

Назначение и устройство предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны — устройства прямого действия, работа которых зависит от давления рабочей среды в системе. Это означает, что срабатывание клапана происходит автоматически при достижении давления, превышающего заданный предел, без участия внешних управляющих механизмов. Конструкция изделия определяется его типом, однако все предохранительные клапаны выполняют общую функцию защиты трубопровода от избыточного давления посредством сброса излишков среды в атмосферу или дренажную систему.

Существует несколько типов предохранительных клапанов, включая:

• Мембранные клапаны: используют гибкую мембрану для регулирования потока среды.
• Пружинные клапаны: работают за счёт пружинного механизма, который удерживает клапан закрытым до достижения необходимого давления.
• Поплавковые клапаны: применяются преимущественно в жидких средах, где поплавок поднимается с увеличением уровня жидкости, вызывая открытие клапана.

После того как показатели давления стабилизируются в заданном диапазоне, механизм клапана возвращается в исходное положение, и сброс среды прекращается. Это обеспечивает непрерывную защиту системы от колебаний давления и предотвращает потенциальные аварийные ситуации. Правильный выбор и настройка предохранительного клапана являются критически важными для обеспечения безопасности и надёжности трубопроводной системы.

Чертеж предохранительного клапана

Давление в трубопроводной системе может повышаться из-за внешних или внутренних причин:

• Влияния наружных источников тепловой энергии.
• Нарушения технологии использования подключенного оборудования, сбои в его работе.

• Проблемы при монтаже системы.

• Механическое повреждение труб и т. п.

Предохранительные клапаны предназначены для стабилизации давления в системе и необходимы на всех участках трубопроводов, где возможно возникновение аварии. Их используют при подключении бытового и промышленного оборудования, работающего с высоким давлением. Основная сфера применения — системы отопления, водо- и газоснабжения, подача сжатого воздуха.

Принцип работы предохранительного клапана

Принцип работы предохранительного клапана основан на работе пружины, прижимающей золотник к седлу.

Принцип работы:

1. В нормальных условиях клапан закрыт. Золотник прижат к седлу пружиной, препятствуя прохождению рабочей среды.

2. При повышении давления в системе свыше установленного порога сила давления на золотник превышает силу пружины.

3. Золотник отодвигается от седла, открывая проход для рабочей среды.

4. Избыток рабочей среды сбрасывается в атмосферу или дренажную систему, снижая давление в трубопроводе до безопасного уровня.

5. Когда давление опустится до отметки в 10-15% ниже уровня нормального давления, пружина снова прижимает золотник к седлу, герметично закрывая клапан.

Важно отметить, что для герметизации системы требуется большее усилие, чем для удержания золотника в открытом положении.

Таким образом, предохранительные клапаны играют критическую роль в обеспечении безопасности трубопроводных систем, предотвращая аварии и защищая оборудование от повреждений.

Классификация предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны различаются по принципу действия на:

• Устройства прямого применения, работающие под воздействием рабочей среды. Они отличаются универсальностью и простотой использования.
• Обратного действия, в которых используются датчики давления и управляемая автоматика. Их работа зависит от применения постороннего источника давления или воздействия электричества.

По виду подъема запорного элемента изделия делятся на:

• Пропорционального действия, применяемые для несжимаемых сред. При повышении давления в системе клапан постепенно открывается, равномерно сбрасывая рабочую среду.
• Двухпозиционные, мгновенно открывающиеся на полный ход при достижении системой избыточных показателей давления. Используются при транспортировке сжимающихся газообразных сред.

По виду нагрузки на золотник предохранительные клапаны могут быть:

• рычажно-грузовыми;
• пружинными;
• магнито-пружинными.

Существуют также специальные аварийные предохранительные устройства, предназначенные для специализированного промышленного оборудования.

Различия в конструкциях

Конструкция предохранительных клапанов может быть различной. Различают изделия с одним седлом или двумя, расположенными рядом друг с другом.

По высоте подъема предохранительные клапаны подразделяются на:

• Малоподъемные, у которых высота подъема составляет примерно 0,05 диаметра седла. Из-за свойственной им минимальной пропускной способности они не используются на промышленных трубопроводах с большим давлением. Они обладают пропорциональным механизмом срабатывания.
• Полноподъемные, с высотой подъема равной или превышающей диаметра седла. Они работают на двухпозиционном механизме, отличаются повышенной пропускной способностью и сложной конструкцией.

Изделия с полнопроходной конструкцией позволяют оперативно сбросить внушительный объем рабочей среды, из-за чего они используются в особо ответственных комплексах.

Пружинные клапаны

Клапаны пружинного типа применяются в бытовых трубопроводных системах водо-, газоснабжения и отопления. Для прижатия золотника к седлу применяется пружина, регулируемая винтом. Он позволяет настроить предельные значения давления, после достижения которых происходит открытие клапана.

Некоторые модели пружинных клапанов имеют систему принудительного ручного открытия для проверки работоспособности изделия. Но, изделия, предназначенные для работы в опасных условиях среды, не могут оснащаться ручной продувкой.

Эти клапаны применяются в различных условиях среды. Пружины и седла, контактирующие с агрессивными жидкостями и газами, покрываются специальными антикоррозионными составами. Герметичность штока обеспечивается двойным сальниковым уплотнением из фторопласта или резины.

Пружинные предохранительные клапаны являются важным элементом систем защиты трубопроводов от избыточного давления. Их конструктивные особенности, такие как система принудительного ручного открытия и использование антикоррозионных материалов, позволяют адаптировать их к различным условиям эксплуатации. Правильный выбор материала, конструктивных решений и регулярное техническое обслуживание обеспечивают надежную и безопасную работу клапанов в самых требовательных условиях.

Рычажно-грузовые клапаны

Эти устройства используют силу земного притяжения для противодействия давлению в системе. Вес груза, через рычаг, передается на золотник, удерживая его в закрытом положении до тех пор, пока давление не превысит допустимый уровень.

Особенности конструкции и применения:

Регулировка: Для настройки давления срабатывания используются специальные груза на рычаге.

Принцип работы: Рычажно-грузовые клапаны устанавливаются в определенном положении относительно горизонта, указанном в сопроводительной документации. Они не могут применяться на подвижных объектах.

Габариты: Размер клапана зависит от давления в системе. Чем выше давление, тем больше рычаги.

Вибрации: Для предотвращения вибраций, в системах с небольшим давлением используются двухседельные предохранительные клапаны.

Магнито-пружинные клапаны

Эти устройства обладают обратным действием и приводятся в действие соленоидом.

Принцип работы:

• Нормальное давление: При нормальном давлении в системе электромагнит (или мощная пружина) прижимает запорный орган к седлу, закрывая клапан.
• Избыточное давление: При повышении давления свыше установленного порога, напряжение на катушке соленоида автоматически отключается. Это приводит к отжатию золотника и открытию клапана, сбрасывая избыток давления.

Варианты исполнения:

• Соленоид с противодействующей пружиной: Существует исполнение клапана с соленоидом, прижимающим и отжимающим золотник под действием давления с противоположным направлением. При отключении питания оборудование будет работать, как пружинный тип.

Преимущества:

Надежность и удобство: Магнитно-пружинные клапаны отличаются надежностью, удобством эксплуатации и возможностью применения в сложных промышленных установках.

Удобство настройки: Основное преимущество магнитно-пружинных клапанов — отсутствие необходимости в физическом доступе к системе для задания порогового значения давления. Оно регулируется в параметрах управляющей программы.

Преимущества использования

Предохранительные клапаны применяются для нормализации давления в системе и широко распространены в разных областях промышленности. К их достоинствам можно отнести:

• • Длительный срок службы.

• • Простота конструкции, подсоединения к трубопроводной системе, эксплуатации.

• • Большой выбор рабочих параметров.

• • Множество конструктивных вариаций и исполнений для различных рабочих сред, в том числе — агрессивных.

• • Использование в разных климатических условиях.

• • Возможность установки в горизонтальном или вертикальном положении в зависимости от типа конструкции.

При выборе предохранительного клапана необходимо вычислить предельно допустимые показатели давления. Для этого нужно знать производительность насосного оборудования, объем и рабочую температуру транспортируемой среды, скорость срабатывания. Также выбирается место и метод монтажа на трубопроводе.

Технические требования к предохранительным клапанам

Изделия этого типа изготавливаются в соответствии со следующими нормативными документами:

• • ПБ 03-576-03 «Правила безопасности для сосудов и установок давления»

• • Американский стандарт для сосудов под давлением «Boiler & Pressure Vessel Code».

• • ГОСТ 24570-81 «Национальный стандарт по предохранительным клапанам».

Проектированием и выпуском предохранительных клапанов могут заниматься только компании, имеющие соответствующую аккредитацию. К изготовлению аварийной арматуры предъявляются особые требования, поскольку их неправильная работа может привести к угрозе производственной и общественной безопасности. Все клапаны должны отвечать нормам ГОСТ и ПБ.

Пример чертежа предохранительного клапана

Основные технические требования к клапанам — надежность и безотказность.

• Оперативное срабатывание при пороговом значении давления.
• Плотное закрытие клапана при понижении напора.
• Хорошая пропускная способность системы.
• Высокая герметичность.
• Безотказная работа в течение всего гарантийного срока службы и заданного заводом количества срабатывания.

Все клапаны должны проходить периодическую проверку на работоспособность, герметичность уплотнений. Для этого их демонтируют и осматривают в аккредитованных лабораториях, допускается проведение испытаний на месте эксплуатации.