ГІДРОПРИВОД

Електронний підручник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ	ДОДАТКИ
НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ		УКЛАДАЧІ

2. ГІДРОАПАРАТИ

Тема 2.2: Гідроклапани.

1. Запобіжні, переливні і редукційні гідроклапани.

1. Запобіжні, переливні і редукційні гідроклапани.

Запобіжний клапан — гідроклапан, призначений для захисту від механічного руйнування обладнання і трубопроводів надлишковим тиском, шляхом автоматичного випуску надлишку рідкого, паро- чи газоподібного середовища з систем і посудин з тиском, що перевищив встановлене значення. Клапан також повинен забезпечувати припинення скидання середовища при відновленні робочого тиску. Запобіжний клапан є арматурою прямої дії, що працює безпосередньо від робочого середовища, поряд з більшістю конструкцій захисної арматури і регуляторами тиску прямої дії.

Небезпечний надлишковий тиск може виникнути в системі як в результаті сторонніх чинників (неправильна робота обладнання, передача тепла від сторонніх джерел, неправильно зібрана тепломеханічна схема і т. д.), так і в результаті внутрішніх фізичних процесів, зумовлених певною вихідною подією, не передбаченою при нормальній експлуатації. Запобіжні клапани встановлюються скрізь, де це може статися, але особливо вони важливі в сфері експлуатації промислових та побутових об'єктів, що працюють під тиском.

Існують і інші види запобіжної арматури, але клапани є найпоширенішими через простоту своєї конструкції, легкості налаштування, розмаїття видів, розмірів і конструктивних виконань.

Рис.1. Будова запобіжного клапана:

1 - гвинт; 2 - пружина; 3 - золотник; 4 - корпус.

На мал.1 зображено креслення типового пружинного клапана прямої дії. На його прикладі розглянемо типову конструкцію. Обов'язковими компонентами конструкції запобіжного клапана прямої дії є запірний орган і задатчик, що забезпечує силовий вплив на чутливий елемент, пов'язаний із запірним органом клапана. Запірний орган складається із затвора і сідла. Якщо розглядати пояснюючий малюнок, то в цьому найпростішому випадку затвором є золотник, а задатчиком виступає пружина. За допомогою задатчика клапан налаштовується таким чином, щоб зусилля на золотнику забезпечувало його притиснення до сідла запірного органу і перешкоджало пропусканню робочого середовища. В даному випадку налаштування здійснюють спеціальним ґвинтом.

Коли запобіжний клапан закритий, на його чутливий елемент впливає сила від робочого тиску в системі, яка прагне відкрити клапан і сила від задатчика, що перешкоджає відкриттю. З виникненням збурень у системі, що викликають підвищення тиску понад значення робочого, зменшується величина сили притиснення золотника до сідла. У той момент, коли ця сила стане рівною нулю, настає рівновага активних сил від впливу тиску в системі і задатчика на чутливий елемент клапана. Запірний орган починає відкриватися, і, якщо тиск в системі не перестане зростати, відбувається скидання робочого середовища через клапан.

Зі зниженням тиску в системі, яка захищається, що викликане скиданням середовища, зникають збурюючі впливи. Запірний орган клапана під дією зусилля від задатчика закривається.

Тиск закриття в ряді випадків виявляється на 10-15% нижчим робочого тиску. Це пов'язано з тим, що для створення герметичності запірного органу після спрацьовування потрібне зусилля значно більше, ніж те, якого було достатньо для підтримки герметичності клапана перед відкриттям. Це пояснюється необхідністю подолати при посадці силу зчеплення молекул середовища, що проходить через щілину між поверхнями ущільнювачів золотника і сідла. Також зниження тиску сприяє запізнюванню закриття запірного органу, що пов'язане з впливом на нього динамічних зусиль від потоку середовища, і наявність сил тертя, що вимагають додаткового зусилля для його повного закриття.

Відео. Запобіжний клапан. Будова і принцип роботи

Класифікація запобіжних клапанів

Існує широкий спектр запобіжних клапанів, що мають безліч різних застосувань в різних галузях. Крім того, національні стандарти встановлюють багато видів запобіжних клапанів.

За принципом дії:

· клапани прямої дії – зазвичай саме ці пристрої мають на увазі, коли використовують словосполучення запобіжний клапан. Вони відкриваються безпосередньо під дією тиску робочого середовища;

· клапани непрямої дії – клапани, керовані шляхом використання стороннього джерела тиску або електроенергії. Загальноприйнята назва таких пристроїв імпульсні запобіжні пристрої.

Рис.2. Умовне позначення клапана прямої дії.

Рис.3.Умовне позначення клапана непрямої дії.

За способом випуску робочого середовища

· відкритої дії (випуск в атмосферу);

· закритої дії (скидання в іншу систему).

За видом затвору

· мембранні;

· тарільчасті;

· поршневі.

За характером підйому замикаючого органу

· клапани пропорційної дії (використовуються на нестискуваних середовищах);

· клапани двопозиційної дії.

За кількістю сідел (тарілок)

· одинарні;

· подвійні.

За видом корпуса

· прямоточні;

· прохідні;

· кутові.

За видом навантаження на золотник

· вантажні або важільно-вантажні;

· пружинні;

· важільно-пружинні;

· магніто-пружинні.

За висотою підйому (пропускній здатності) замикаючого органу

· малопідйомні;

· средньопідйомні;

· повнопідйомні.

Відмінності в конструкціях

Запобіжні клапани, як правило, мають кутовий корпус, але можуть мати й прохідний. Незалежно від цього клапани встановлюються вертикально так, щоб при закриванні шток опускався вниз.

Більшість запобіжних клапанів виготовляються з одним сідлом у корпусі, але зустрічаються конструкції і з двома сідлами, встановленими паралельно.

Найбільші відмінності в конструкціях запобіжних клапанів полягають у видах навантаження на золотник.

Пружинні клапани

Рис.4. Пружинний клапан з двома сідлами.

У них тиску середовища на золотник протидіє сила стиснення пружини. Один і той самий пружинний клапан може бути використаний для різних меж налаштування тиску спрацьовування шляхом комплектації різними пружинами. Багато клапанів виготовляються із спеціальним механізмом (важелем, грибком і т.ін.) ручного підриву для контрольної продувки клапана. Це робиться з метою перевірки працездатності клапана, так як під час експлуатації можуть виникнути різні проблеми, наприклад прикипання, примерзання, прилипання золотника до сідла. Однак у деяких виробництвах в умовах агресивних і токсичних середовищ, високих температур і тисків, контрольне продування може бути дуже небезпечним, тому для таких клапанів можливість ручного продування не передбачається і навіть забороняється.

Найчастіше пружини при спрацьовуванні піддаються впливу робочого середовища, яке скидається з трубопроводу або ємності. Для захисту від слабкоагресивних середовищ для пружин застосовують спеціальні покриття. Ущільнення по штоку в таких клапанах відсутнє. У випадках роботи з агресивними середовищами в хімічних і деяких інших установках пружину ізолюють від робочого середовища за допомогою ущільнення по штоку сальниковим пристроєм, сильфоном або еластичною мембраною. Сильфонні ущільнення застосовуються також у тих випадках, коли витік середовища в атмосферу не допускається, наприклад на АЕС.

Важільно-вантажні клапани

Рис.5. Схема важільного клапана.

У таких клапанах зусиллю від тиску робочого середовища на золотник протидіє сила ваги вантажу, що передається через важіль на шток клапана. Налаштування таких клапанів на тиск відкриття проводиться фіксацією вантажу певної маси на плечі важеля. Важелі також використовують для ручного продування клапана. Такі пристрої заборонено використовувати на пересувних апаратах.

Для герметизації сідел великих діаметрів потрібні значні маси вантажів на довгих важелях, що може викликати сильну вібрацію пристрою. В цих випадках застосовуються корпуси, всередині яких перетин скидання середовища утворено двома паралельно розташованими сідлами, які перекриваються двома золотниками за допомогою двох важелів з вантажами. Таким чином, в одному корпусі монтуються два паралельно працюючих затвори, що дозволяє зменшити масу вантажу і довжину важеля, забезпечуючи нормальну роботу клапана.

Магніто-пружинні клапани

Рис.6. Схема магнітно-пружинного клапана.

У цих пристроях використовується електромагнітний привід, тобто вони не є арматурою прямої дії. Електромагніти можуть забезпечувати додаткове притискання золотника до сідла; в цьому випадку при досягненні тиску спрацьовування по сигналу від датчиків електромагніт відключається і тиску середовища протидіє лише пружина, клапан починає працювати як звичайний пружинний. Також електромагніт може створювати зусилля відкриття, тобто протидіяти пружині і примусово відкривати клапан. Існують клапани, в яких електромагнітний привід здійснює і додаткове притискання, і зусилля відкриття. В цьому випадку пружина служить для підстрахування на випадок припинення електроживлення. При знеструмленні такі пристрої починають працювати як пружинні клапани прямої дії.

Магнітно-пружинні клапани найчастіше застосовуються в складних імпульсних запобіжних пристроях як керуючі або імпульсні елементи.

Технічні вимоги до запобіжних клапанів

Головною і найвідповідальнішою вимогою, яка ставиться до запобіжних клапанів, є висока надійність, що включає в себе:

· безвідмовне і своєчасне відкриття клапана при заданому перевищенні робочого тиску в системі;

· забезпечення клапаном необхідної пропускної здатності у відкритому положенні;

· здійснення своєчасної зворотної посадки (закриття) з необхідним ступенем герметичності при заданій величині падіння тиску в системі після аварійного спрацьовування і збереження встановленого рівня герметичності при подальшому зростанні тиску до величини робочого;

· забезпечення стабільності роботи, тобто збереження протягом усього терміну експлуатації і заданого числа циклів спрацьовування параметрів налаштування, і необхідного рівня герметичності запірного органу при робочому тиску.

Запобіжні клапани підлягають періодичній перевірці в спеціалізованій організації або випробуванню в дії. Всі клапани повинні бути випробувані на міцність, щільність, а також герметичність сальникових з'єднань і ущільнювальних поверхонь.

Розрахунок запобіжних клапанів

Задачею розрахунку запобіжних клапанів є визначення їх пропускної здатності, типу і кількості клапанів, підбір пружини до них, а також визначення динамічних зусиль, що виникають при спрацьовуванні. Необхідними даними для розрахунку запобіжних клапанів є:

· місце встановлення клапана;

· необхідна пропускна здатність;

· надлишковий тиск в посудині чи трубопроводі;

· розрахунковий тиск;

· температура середовища перед клапаном;

· максимальний надлишковий тиск за клапаном;

· фазовий стан і склад робочого середовища.

Переливні клапани призначені для підтримання заданого тиску безперервним зливанням робочої рідини під час роботи гідроприводу. Істотна відмінність їх від запобіжних в тому, що вони спрацьовують при невеликих перепадах тиску (тиск наладки «спрацювання» становить 0,5-1,5 МПа і менше). До переливних клапанів не ставлять високих вимог щодо герметичності. Тому їх запірно-регулювальний елемент часто виконують у вигляді золотника. Переливні клапани, як правило, прямої дії, оскільки їх пружини мають невелику жорсткість.

Рис.7. Переливні клапани прямої дії:

а — золотниковий; б — золотниковий диференціальний;

1 — корпус; 2 — золотник; 3 — пружина; 4 — регулювальний гвинт.

Редукційні клапани підтримують у відведеному від них потоці рідини більш низький тиск, ніж у підведеному. Редукційні клапани застосовують у гідроприводах, в яких від одного джерела (насоса) живляться декілька споживачів, що працюють при різних тисках.

Рис.8. Редукційний клапан прямої дії:

а — будова; б — умовне позначення на принципових схемах;

1 — корпус; 2 — золотник; 3 — пружина; 4 — регулювальний гвинт;

А — канал; Б і Г— порожнини; В — робочий прохідний переріз.

Відео. Редукційний клапан. Будова і принцип роботи

Запитання для самоконтролю

1. Класифікація клапанів тиску.

2. Призначення запобіжного клапана.

3. Призначення переливного клапана.

4. Призначення редукційного клапана.

5. В чому відмінність за конструкцією клапана прямої дії від клапана непрямої дії?

Попередня тема

На початок

Наступна тема