Предохранительный клапан — Википедия

Предохранительный клапан в дежурстве.

Предохранительный клапан — трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления. Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры и регуляторами давления прямого действия.

Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа оборудования, передача тепла от сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т. д.), так и в результате внутренних физических процессов, обусловленных неким исходным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией.

ПК устанавливаются везде, где может это произойти, то есть практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатации промышленных и бытовых сосудов, работающих под давлением.

Существуют и другие виды предохранительной арматуры, но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей конструкции, лёгкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений^[1][2][3].

На поясняющем рисунке справа — чертёж типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к

седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия

[2].

Классификация предохранительных клапанов[править | править код]

По принципу действия

• клапаны прямого действия — обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;
• клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства;

По характеру подъёма замыкающего органа

• клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах)
• клапаны двухпозиционного действия

По высоте подъёма замыкающего органа

• малоподъёмные
• среднеподъёмные
• полноподъёмные

По виду нагрузки на золотник

• грузовые или рычажно-грузовые
• пружинные
• рычажно-пружинные
• магнито-пружинные

Двухсёдельная конструкция.

Предохранительные клапаны как правило имеют угловой корпус, но могут иметь и проходной, независимо от этого клапаны устанавливаются вертикально так, чтобы при закрывании шток опускался вниз.

Большинство предохранительных клапанов изготавливаются с одним седлом в корпусе, но встречаются конструкции и с двумя сёдлами, установленными параллельно^[4].

Малоподъемными называются предохранительные клапаны, у которых высота подъема запирающего элемента (золотника, тарелки) не превышает 1/20 диаметра седла, полноподъемными — клапаны, у которых высота подъема составляет 1/4 диаметра седла и более^[3]. Существуют также клапаны с высотой подъема тарелки от 1/20 до 1/4, их обычно называют среднеподъемными. В малоподъемных и среднеподъемных клапанах подъем золотника над седлом зависит от давления среды, поэтому условно их называют клапанами

пропорционального действия, хотя подъем не пропорционален давлению рабочей среды. Такие клапаны используются, как правило, для жидкостей, когда не требуется большая пропускная способность. В полноподъемных клапанах открытие происходит сразу на полный ход тарелки, поэтому их называют клапанами двухпозиционного действия. Такие клапаны высокопроизводительны и применяются как на жидких, так и на газообразных средах^[4][5].

Наибольшие различия в конструкциях предохранительных клапанов заключаются в видах нагрузки на золотник.

Пружинные клапаны[править | править код]

Хорошо видны рычаг и пружина.

В них давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины. Один и тот же пружинный клапан может быть использован для различных пределов настройки давления срабатывания путём комплектации различными пружинами. Многие клапаны изготавливаются со специальным механизмом (рычагом, грибком и др.) ручного подрыва для контрольной продувки клапана. Это делается с целью проверки работоспособности клапана, так как во время эксплуатации могут возникнуть различные проблемы, например прикипание, примерзание, прилипание золотника к седлу. Однако в некоторых производствах в условиях агрессивных и токсичных сред, высоких температур и давлений, контрольная продувка может быть очень опасной, поэтому для таких клапанов возможность ручной продувки не предусматривается и даже запрещается

[6].

Чаще всего пружины подвергаются воздействию рабочей среды, которая сбрасывается из трубопровода или ёмкости при срабатывании, для защиты от слабоагрессивных сред применяют специальные покрытия пружин. Уплотнение по штоку в таких клапанах отсутствует. В случаях же работы с агрессивными средами в химических и некоторых других установках пружину изолируют от рабочей среды при помощи уплотнения по штоку сальниковым устройством, сильфоном или эластичной мембраной. Сильфонное уплотнение применяется также в тех случаях, когда утечка среды в атмосферу не допускается, например на АЭС

[5]^[7].

Рычажно-грузовые клапаны[править | править код]

Конструкция рычажного-грузового клапана.

В таких клапанах усилию на золотник от давления рабочей среды противодействует сила от груза, передаваемая через рычаг на шток клапана. Настройка таких клапанов на давление открытия производится фиксацией груза определённой массы на плече рычага. Рычаги также используют для ручной продувки клапана. Такие устройства запрещено использовать на передвижных сосудах^[8].

Для герметизации сёдел больших диаметров требуются значительные массы грузов на длинных рычагах, что может вызвать сильную вибрацию устройства, в этих случаях применяются корпуса, внутри которых сечение сброса среды образовано двумя параллельно расположенными сёдлами, которые перекрываются двумя золотниками при помощи двух рычагов с грузами. Таким образом, в одном корпусе монтируются два параллельно работающих затвора, что позволяет уменьшить массы груза и длины рычагов, обеспечивая нормальную работу клапана

[5].

Магнито-пружинные клапаны[править | править код]

В этих устройствах используется электромагнитный привод, то есть они не являются арматурой прямого действия. Электромагниты в них могут обеспечивать дополнительное прижатие золотника к седлу, в этом случае при достижении давления срабатывания по сигналу от датчиков электромагнит отключается и давлению противодействует лишь пружина, клапан начинает работать как обычный пружинный. Также электромагнит может создавать усилие открытия, то есть противодействовать пружине и принудительно открывать клапан. Существуют клапаны, в которых электромагнитный привод осуществляет и дополнительное прижатие, и усилие открытия, в этом случае пружина служит для подстраховки на случай прекращения электропитания, при обесточении такие устройства начинают работать как пружинные клапаны прямого действия.

Магнито-пружинные клапаны применяются чаще всего в сложных импульсных предохранительных устройствах в качестве управляющих или импульсных клапанов^[6][7].

Технические требования к предохранительным клапанам[править | править код]

Главным и наиболее ответственным требованием, предъявляемым к предохранительным клапанам, является высокая надёжность, включающая в себя:

• безотказное и своевременное открытие клапана при заданном превышении рабочего давления в системе;
• обеспечение клапаном в открытом положении требуемой пропускной способности;
• осуществление своевременной обратной посадки (закрытия) с требуемой степенью герметичности при заданной величине падения давления в системе после аварийного срабатывания и сохранения установленной степени герметичности при последующем возрастании давления до величины рабочего;
• обеспечение стабильности работы, то есть сохранение в течение всего срока эксплуатации и заданного числа циклов срабатывания параметров настройки и требуемой степени герметичности запорного органа при рабочем давлении.

Предохранительные клапаны подлежат периодической проверке в специализированной организации или испытанию в действии. Все клапаны должны быть испытаны на прочность, плотность, а также герметичность сальниковых соединений и уплотнительных поверхностей^[2][8]

В связи с широчайшим распространением предохранительных клапанов стандарты и правила, применяемые к ним, находятся во всех документах, которые регулируют использование всего оборудования, защищаемого ими. Например «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)» в России или «Boiler & Pressure Vessel Code» в США. Также существуют отраслевые документы, посвящённые исключительно предохранительным клапанам в применении к какому-либо оборудованию, например «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования (ГОСТ 24570-81)»

В связи с особой ответственностью предохранительных клапанов в обеспечении безопасности систем, которые ими обслуживаются, надзор за их использованием и утверждение правил и стандартов производят организации, специально уполномоченные государством, например в России это Ростехнадзор^[5][8].

1. ↑ Д. Ф. Гуревич. Трубопроводная арматура.Справочное пособие. — Москва: ЛКИ, 2008. — С. 368. — ISBN 978 5 382 00409 9.
2. ↑ ^{1 2 3} Под общей редакцией С. И. Косых. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением.Справочник. — Ленинград: Машиностроение, 1982.
3. ↑ ^{1 2} Арматура трубопроводная.Термины и определения (неопр.). ГОСТ Р 52720-2007. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Дата обращения 10 июня 2010. Архивировано 2 марта 2012 года.
4. ↑ ^{1 2} А. И. Гошко. Арматура промышленная общего и специального назначения. Справочник. — Москва: Мелго, 2007.
5. ↑ ^{1 2 3 4} Р. Ф. Усватов—Усыскин. Поговорим об арматуре. — Москва: Vitex, 2005.
6. ↑ ^{1 2} Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-008-89)
7. ↑ ^{1 2} Технологические системы реакторного отделения. БАЭС: ЦПП, 2000.
8. ↑ ^{1 2 3} Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)

устройство, принцип действия и виды

При эксплуатации любой системы в трубопроводах из-за сбоя в работе может возникнуть высокое давление, которое способно привести к разрушению оборудования. Для защиты агрегатов в систему устанавливают предохранительный клапан, который, если в трубопроводах повысится давление выше номинального, производит сброс избытка рабочей среды, и в системе восстанавливается номинальное давление.

Принцип действия предохранительных клапанов

Защитное устройство от высокого давления устанавливается в трубопроводах и сосудах, находящихся под давлением. В зависимости от назначения конструкция предохранительных элементов может быть разным, но схема и принцип работы у всех одинакова.

При нормальной работе оборудования седло под действием пружинного механизма закрыто и не оказывает никакого воздействия на систему. Давление настройки клапана равно рабочему давлению в системе. Когда напор в трубопроводах превысит усилие пружинного элемента, закрывающего отверстие, то седло откроется и произойдет выброс проводимой среды. В результате давление упадет и седло опять закроется.

Схема предохранительного клапана

Рабочая среда может быть разной, вода, пар, газообразные фракции, смазочные и гидравлические масла и нефтепродукты. Поэтому и сброс излишек напора может производится в атмосферу, например, пар, воздух, вода, или обратно в сливную магистраль для агрессивных материалов.

Предохранительный клапан начинает приоткрываться для сброса давления при напоре на 3% ниже номинального. Сброс рабочей среды вначале небольшой, но если этого недостаточно и напор растет, то седло откроет доступ к сливу при показателях 110-115% от рабочего.

После того как напор упадет, седло перекроет доступ, и система продолжит работу в нормальном режиме.

Применение предохранительных устройств

Для обеспечения безопасной работы предохранительный фитинг является обязательным элементом любой системы, работающей под давлением.

В зависимости от назначения они могут устанавливаться в следующих местах:

1. Горячее водоснабжение и отопление. Предохранительный клапан для системы отопления устанавливается на трубопроводах после подающего насоса. Так как горячая вода агрессивна, сброс должен направляться в безопасное место, обычно в канализацию. При больших расходах количество агрегатов может доходить до 2 и больше.
2. Фитинг сантехнический для водопровода холодной воды устанавливается в трубопроводах водоснабжения питьевой водой. Сброс производится непосредственно на землю.

   Фитинг сантехнический для водопровода

3. Гидросистема. В качестве рабочей жидкости используются гидравлические масла. Гидросистема служит для привода рабочих механизмов: гидромоторов, гидроцилиндров. Предохранительный фитинг устанавливается на трубах, или может быть в составе насоса или гидрораспределителя. Сброс масла производится в сливную магистраль.
4. Трубопроводы газоснабжения.  Повышение напора в трубах может привести к аварийной ситуации – это отрыв пламени от горелок, накапливание излишка газа и взрыв в помещении. Поэтому арматура устанавливается сразу после регулятора напора, а сброс производится в атмосферу.
5. Система воздушная, компрессоры. Защитное устройство устанавливается в корпусе компрессора, сброс происходит в атмосферу.

Предохранительный фитинг компрессора

Виды защитных механизмов

В промышленности применяются различные конструкции защитных устройств труб, в зависимости от их места установки и проводимой среды. Это могут быть пружинные, рычажные, мембранные, двухпозиционные и другие виды применяемых предохранительных клапанов.

Рассмотрим подробнее их устройство и принцип работы.

Клапан предохранительный пружинный

Самый широко используемый предохранительный клапан, особенно для систем отопления. Основные его преимущества, простота конструкции и возможность легко отрегулировать на рабочее давление в системе. Различают следующие разновидности защитных пружинных механизмов:

• прямого действия – устройство срабатывает при непосредственном воздействии рабочей среды;
• непрямого действия – сброс повышенного напора производится внешним управлением, например, электрическим сигналом;
• двухпозиционные агрегаты – открытие фитинга происходит сразу резко на полный ход, после сброса напора фитинг резко закрывается, что может вызвать автоколебания седла и вибрацию механизма.

Двухпозиционный фитинг

Защитный механизм рычажного типа

Механизм данного фитинга состоит из рычага, соединенного с золотником, который закрывает отверстие выпуска. На рычаг подвешивается груз, и, в зависимости от веса груза и места крепления на рычаге, регулируется настройка механизма.

Груз фиксируется на рычаге от случайного смещения и изменения настройки. Недостатком данной конструкции является ее громоздкость, поэтому применение таких механизмов производится в системах с большим диаметром труб, больше 50 мм.

Защитное устройство рычажного типа

Клапан предохранительный мембранный

Основным элементом такой конструкции является мембрана. Принцип работы состоит в том, что при возникновении аварийного напора в трубах мембрана разрывается и производится сброс рабочей среды. Мембранные устройства просты в изготовлении, герметичны и быстро срабатывают.

Важно! У них есть существенный недостаток, после каждого срабатывания мембрану надо менять на новую. Поэтому всегда рядом с таким устройством ставят и обычный фитинг.

В зависимости от конструкции, такие устройства могут быть с разрывной мембраной и с хлопающей мембраной:

1. Механизмы с разрывной мембраной применяют в системах с жидкими и газообразными рабочими средами. Форма мембраны плоская или куполообразная, при резком изменении давления выше рабочего устройство срабатывает, и мембрана разрушается.
2. Механизмы с хлопающей мембраной используются чаще всего в системах с газообразной рабочей средой. Мембрана изготавливается из каучукообразной ткани и предохраняет трубы как от повышения, так и опасного снижения давления. Для этого сверху и снизу мембраны расположены ножи. При изменении давления мембрана выгибается, и когда, при резком перепаде в системе, касается ножей, то происходит разрез оболочки. При этом в зависимости от величины напора происходит или сброс, или пополнение от дополнительной емкости.

Предохранительное мембранное устройство

Установка и монтаж

Для обеспечения безопасной эксплуатации газовых и водяных трубопроводов, при установке защитных агрегатов, рекомендуется соблюдать следующие требования:

1. На трубах, подходящих к защитному механизму, и трубопроводах сброса напора нельзя устанавливать запорную арматуру и фильтра.
2. Ось пружинного фитинга должна устанавливаться вертикально. К агрегату должен быть обеспечен свободный доступ для замены и регулировки.
3. Рычаг защитного механизма рычажного типа при установке должен располагаться горизонтально.
4. Перед фитингом для контроля напора необходимо установить манометр.

   Установка манометра на трубопровод

5. В зависимости от рабочей среды отводящая труба может быть направлена: в атмосферу для пара и газообразных неагрессивных сред. Для горячей воды слив должен быть направлен в специальную емкость, или обратно в систему. Если в трубах агрессивная среда, то сброс должен сливаться только в закрытый резервуар.
6. Длина трубы от оборудования до установки защитного агрегата должна быть минимальной. На этом участке не допускается подключение ответвлений для отбора рабочей среды.
7. Предохранительный клапан для системы отопления может устанавливаться в нескольких местах на трубопроводе, при этом расход рабочей среды через трубопровод должен быть на 1,25 раз больше, чем суммарный расход устанавливаемых устройств. Установка оборудования в котельной
8. Перед сдачей системы в эксплуатацию обязательно проверяют правильность настройки предохранительного клапана, а также его способность возврата в начальное положение и обеспечения герметичности.

Эксплуатация

Долговечность работы защитных механизмов зависит от соблюдения всех условий технической эксплуатации. При работе защитного агрегата из-за износа основных частей могут возникать следующие дефекты:

1. Негерметичность седла. Дефект может возникнуть в результате попадания металлической стружки и наличие рисок на седле. Дефект устраняется притиркой седла или его заменой на аналогичный фитинг.
2. Заниженное давление открытия устройства вследствие потери пружиной клапана своих упругих свойств или разрегулировка настройки. Для устранения отказа надо заменить пружину или сам фитинг, настроить давление, проверить в работе и поставить пломбу.
3. Если необходимо произвести замену агрегата для ремонта, то на его место нельзя временно ставить заглушку или вентиль. Необходимо, для безопасности объекта, предварительно произвести подбор клапана с точно такими же характеристиками, и только его устанавливать вместо снятого.
4. Если возникает пульсация при работе, быстрое открытие и закрытие затвора устройства, то такой дефект может вызывать нежелательную вибрацию трубопроводов, что может привести к их деформированию. Причиной может быть несоответствие размеров сечений основного трубопровода и трубопровода, подключенного к агрегату. Для устранения дефекта надо при монтаже устанавливать трубы одинакового сечения.

Предохранительный клапан в системе отопления

Каждый знает, что работа системы отопления, так сказать, по определению связана с высокими температурами воды или иного жидкого теплоносителя. Достаточно иметь элементарные понятия в термодинамике, чтобы представлять, что нагрев жидкости в каком-то замкнутом объеме будет вызывать значительный рост давления. Получается довольно небезопасная система, для эксплуатации которой необходимо предусматривать какие-то защитные устройства.

Предохранительный клапан в системе отопления

Именно таким устройством, обеспечивающим безопасность работы котельного оборудования, и является предохранительный клапан в системе отопления. В квартирах, подключённых к центральной системе, его не встретишь — по сути, он там не нужен, так как регулировка температуры и давления воды производится на элеваторных узлах общих теплопунктов. А вот для собственников домов или даже квартир с автономной системой – без этого клапана никак.

Поэтому давайте поближе познакомимся с этим небольшим, но очень важным узлом системы отопления.

Для чего требуется предохранительный клапан?

Отчасти об этом уже упомянуто во вводной части статьи. Все просто – с повышением температуры в системе отопления (при работе котла), теплоноситель стремится расшириться.

Отчасти ему это удаётся – как раз для таких целей в любой системе предусмотрен расширительный бак. А в наше время системы стали делать преимущественно закрытого типа, то есть с герметичным расширительным баком мембранного или баллонного типа.

В таких баках имеется воздушная камера, которая предварительно накачивается определённым давлением. Под действием расширяющегося в объеме теплоносителя (а у него это – единственный путь к свободному расширению) воздушная камера сжимается, давление в ней и в системе в целом – возрастает.

И устройство, и принцип действия расширительного бака закрытой системы отопления не отличается особой сложностью.

При правильно рассчитанных параметрах системы отопления, такого компенсационного звена для поддержания оптимального баланса температуры, объёма и давления теплоносителя бывает вполне достаточно. Тем более что в автономных системах никогда и не оперируют слишком высокими показателями давления. Как правило, при принудительной циркуляции с помощью насосного оборудования, давление в трубах контуров редко поднимается выше границы в две технических атмосферы (2 ат, 2 бар или 0,2 МПа), да и то – только лишь на максимальных температурах нагрева теплоносителя. Соответственно, и воздушную камеру расширительного бака предварительно накачивают примерно до 1,5 ат.

В таких системах максимального давления в 3 атмосферы будет больше чем достаточно, и выше ему подниматься – не надо. Это может негативно сказаться на целостности труб проложенных контуров, соединительных узлов, теплообменников. Повышенного давления «не любят» некоторые радиаторы и конвекторы.

В закрытых системах отопления предохранительный клапан работает в «дуэте» с расширительным мембранным баком.

Если при проектировании системы все рассчитано правильно, то давление и не должно вырасти выше установленного для него порога. Но случается всякое, например, временный выход из строя термостатического управления котла. Или прорыв мембраны расширительного бака, выход воздуха из его «сухой» камеры из-за неисправности ниппеля. Случаются и иные неприятности. Вот в таких условиях давление в системе может начать бесконтрольно повышаться, пересечь верхнюю допустимую границу. К чему это иногда приводит – лучше не рассказывать…

И вот для того, чтобы избежать последствий, как раз и нужен предохранительный клапан. Как только давление достигает предельной отметки, происходит срабатывание, клапан открывается и стравливает излишки теплоносителя в дренаж. Нормализуя тем самым уровень давления, давая владельцам время на приведение системы в порядок, на поиск неисправности, вызвавшей аварийную ситуацию.

То есть клапан подбирается (или настраивается, если предусмотрена такая опция) на максимально допустимое давление теплоносителя в контуре отопления.

Тесную взаимосвязь общих параметров системы отопления, установленного в ней расширительного бака и предохранительного клапана хорошо можно отследить на размещенном ниже онлайн-калькуляторе.

Калькулятор расчета минимально необходимого объема расширительного бака для закрытой системы отопления

Перейти к расчётам

Как видите, расчет можно провести и для воды, и для незамерзающего теплоносителя. в программе калькулятора учтена разница объемного расширения  этих жидкостей при средней температуре нагрева до 75 ÷ 80 ℃.

Еще один нюанс. Для расчёта необходимо указать общий объем системы отопления. Можно, конечно, «плясать» от мощности, но это дает немалую погрешность. Любителям же точности можно посоветовать другой алгоритм определения этого параметра системы.

Как подсчитать общий объем теплоносителя в системе отопления?

Ответ напрашивается сам собой – суммировать объемы всех труб и всех подключённых в контуре приборов, от кота до последней батареи. Сложно и громоздко? – на ничего страшного, если воспользоваться предлагаемым на нашем портале калькулятором расчета общего объема системы отопления.

Разновидности предохранительных клапанов, принципы их работы.

Важность предохранительного клапана, как уже должно быть понятно – сложно переоценить. А его функция, скажем прямо, не отличается сложностью. Это и должно предопределять конструкцию такого прибора – принцип сочетания простоты устройства и высокой надежности.

Так оно и есть на самом деле.

Надо сразу заметить, что существует несколько разновидностей предохранительных клапанов для систем отопления, различающихся принципом срабатывания. Но вместе с тем, коль речь у нас идет именно об автономных системах отопления в масштабе собственного дома или квартиры, то чаще всего приходится иметь дело с простыми и надежными устройствами пружинного типа.

Рассмотрим примерное строение такого клапана:

Внешний вид и устройство стандартного пружинного предохранительного клапана для систем отопления.

Слева на иллюстрации показан внешний вид клапана (одной из моделей, конечно). Справа – она же в разрезе.

Качественные приборы чаще всего собираются в латунном корпусе (поз. 1) – этот сплав не боится коррозии и обладает небольшим коэффициентом линейного расширения. Корпус обычно состоит из двух половинок. Как и сам клапан делится на две части: верхнюю, «сухую» с пружинным механизмом, и нижнюю, своим строением похожую на устройство вентильного крана.

В нижней части корпуса предусмотрены два резьбовых патрубка или муфты. Нижний (поз. 2) предназначен для соединения с контуром отопления.   Верхний, расположенный перпендикулярно нижнему (поз 3) – для обеспечения сброса излишков теплоносителя при превышении давления в системе. Резьба здесь нужна для подсоединения трубы, которая направит сброшенный поток жидкости в нужное место (чаще всего – в канализацию).

Запирающим элементом клапана в данном случае является тарельчатая заслонка (поз. 4) с расположенным снизу уплотнителем. Этим уплотнителем тарелка плотно прижимается сверху к седлу клапана (поз. 5).

Полость верхней части корпуса отделена от нижней мембраной (поз. 6). Просто из тех соображений, чтобы при открытии клапана теплоноситель не проникал в пружинный механизм устройства.

Внутри расположена пружина, которая постоянно давит на шток (поз. 7), тем самым удерживая тарелку клапана плотно прижатой к седлу. В самой верхней части может быть расположен механизм, позволяющий вручную быстро открыть (или, как говорят, сорвать) клапан, если этого требует складывающаяся аварийная ситуация.  В демонстрируемой модели это круглая рукоятка-маховик (поз. 8). Встречаются и иные решения, например, рычаг.  Как правило, предусматривается стопорение и даже опломбирование таких «аварийных кранов».

Правда, можно встретить и такие модели предохранительных клапанов, у которых сверху расположена рукоятка или винт настройки усилия пружины. То есть предоставляется возможность самостоятельного выбора и регулировки давления срабатывания клапана.

На таких клапанах имеется возможность изменить усилие прижимной пружины механизма.

Сказать по правде, в условиях домашней автономной системы отопления подобная опция не то что не особо нужна, но даже и не приветствуется. Будет намного спокойнее, если точно знаешь, то система отрегулирована на какое-то давление, и в твое отсутствие никто вольно или невольно (например, любопытный ребенок) эти установки не изменит, так как это просто невозможно.

Теперь посмотрим, как работает клапан.

Принцип работы предохранительного пружинного клапана.

Все действительно очень просто и надежно. Усилия пружины (зеленый «вектор») в нормальных условиях работы системы отопления, при давлении ниже установленного порога, вполне достаточно, чтобы удерживать тарельчатую задвижку плотно прижатой к седлу клапана (левый фрагмент).

Но как только по тем или иным причинам давление в системе начинает подниматься выше нормы (правый фрагмент рисунка), прилагаемое снизу со стороны теплоносителя на тарелку усилие перевешивает действие пружины. Пружина несколько сжимается, задвижка-тарелка приподнимается над седлом, открывая жидкости путь в дренажный патрубок для слива излишков в канализацию.

Устройство работает по пропорциональному принципу: чем больше усилие – тем больше открывается клапан, тем скорее давление сбрасывается до нормы.

Как только давление в контуре снизилось, усилия пружины вновь становится достаточно для перекрытия клапана.

Достоинства предохранительных клапанов пружинного типа очевидны — это предельная простота, безотказность, компактность даже при значительных присоединительных диаметрах, возможность установки в вертикальном и горизонтальном положении, оперативное реагирование на повышение давления.

Есть и определённые недостатки. В частности, пружина, находясь в постоянно нагруженном состоянии, со временем может начать слабеть, провоцируя немотивированные срабатывания. Значит, клапан придётся поменять. Кроме того, такие устройства и не рассчитаны на частые срабатывания (по большому счету их в исправной системе и не должно отмечаться). Но если фиксировались два-три срабатывания клапана со сбросом воды, то велика вероятность того, что даже при нормальном давлении он начнет подтекать. Опять же – требуя замены.

Впрочем, беда невеликая, так как замена несложна, а стоимость клапана все же не выглядит запредельной.

Другой тип клапанов – рычажно-грузовой. Правда, в условиях компактных автономных систем отопления места таким устройствам практически не находится. Они рассчитаны на большие объемы и, как правило, оснащаются фланцевым соединением с контуром. Поэтому – только обзорно.

Предохранительный клапан рычажно-грузового типа.

1 – входной патрубок с соединительным фланцем.

2 – патрубок сброса, тоже может иметь фланец для подсоединения дренажной трубы.

3 – седло клапана.

4 – заслонка клапана (золотник), расположенный на конце вертикально расположенного шкива.

5 – рычаг с подвешенным на него комплектом грузов (поз. 6).

Понятно, что заслонка плотно прижимается к гнезду за счет усилия от тщательно подобранного груза. А усилие может регулироваться и количеством гирь на рычаге, и их расположением, то есть длиной плеча рычага. Естественно, настройку такого клапана должен проводить специалист.

Преимущества – простота, возможность настройки под нужное давление, лёгкость в ремонте — любую деталь несложно заменить. Недостатки – конструкция довольно громоздкая и подразумевает исключительно вертикальное расположение.

Существуют еще пружинно-рычажные устройства, которые тоже практически не используются в небольших системах.  Появляются современные электромагнитные клапаны, но они выглядят излишеством, так как вполне достаточно простых пружинных.

Где устанавливается предохранительный клапан?

Существует несколько требований к обязательной установке предохранительного клапана.

• Предохранительный клапан должен быть обязательным элементом любой автономной системы отопления закрытого типа, независимо от разновидности котла. При этом, если даже котел имеет собственную встроенную группу безопасности, в состав которой входит такой клапан, специалисты настоятельно рекомендуют установить еще один – уже на самом контуре.

Как правило, одного клапана на контуре бывает достаточно.

• Правда, есть и оговорка. Иногда для передачи тепла на какой-то контур системы отопления используются теплообменник. То есть прямого контакта по трубам между главным контуром от котла и вторичным — нет. Значит, на этом вторичном контуре должна быть своя группа безопасности, включающая предохранительный клапан.

Любой отделенный от основного контур, получающий тепло через теплообменник, должен иметь свой собственный предохранительный клапан.

• Точно такое же требование предъявляется и к контуру горячего водоснабжения, подключенному к отоплению через бойлер косвенного нагрева. Если, конечно, клапан не предусмотрен самой конструкцией бойлера.

На накопительном водонагревателе прямого нагрева (электрическом или газовом бойлере) клапан тоже обязателен. Правда, там уже используются несколько другие модели, предназначенные именно для подобного применения.

Для чего нужен клапан на бойлере, и как его правильно установить?

Накопительный водонагреватель без предохранительного клапана – это подвешенная к стене бомба. Причем, как видите, это не взято в кавычки, так как практически не является преувеличением. О важности предохранительного клапана для водонагревателя подробно рассказывается в специальной публикации нашего портала.

Где конкретно расположить клапан на контуре отопления?

Казалось бы, давление по всему контуру распределяется примерно одинаково. Но, тем не менее, оптимальным местом расположения клапана является труба подачи после ее выхода их котла – не ближе 0,5 метра. А так как клапаны, как правило, устанавливаются в составе так называемой «группы безопасности», то наилучшим местом становится самая высокая точка трубы подачи. Так, чтобы входящий в состав группы автоматический воздухоотводчик своевременно удалял скапливающиеся (естественно, в верхней точке) газы, не давая образоваться воздушной пробке. (Хотя сама по себе самая высокая точка именно для предохранительного клапана, скажем честно – не принципиальна).

Группа безопасности на трубе подачи после выхода из котла. Кстати, обратим внимание на ошибку – между котлом и клапанном смонтирован кран, чего быть не должно.

При этом должно быть соблюдено очень важное требование – между котлом (или иным источником тепла, например, теплообменником) и установленном в этом контуре клапаном категорически недопустимы никакие запорные устройства. После – пожалуйста, но перед ним – полностью исключено. Не должно быть вообще никакой вероятности случайного отсечения предохранительного устройства от контура.

Кстати, судя по опубликованным фотографиям, некоторые этим требованием манкируют. И совершенно напрасно!

Еще одно правило – труба, подходящая к клапану, не может быть меньше указанного на нем номинала! Иначе устройство может работать некорректно. Как правило, на корпусе указывается DN, например, ¾ «.

Следует правильно понимать, что такое расположение клапана – вовсе не догма. Естественно, всегда учитываются особенности создаваемой системы отопления. Так, например, «группа безопасности» вместе с предохранительным клапаном вполне может «увенчать» гидрострелку.

«Группа безопасности» в полном составе расположилась на гидрострелке.

Не знаете, что такое гидрострелка в системе отопления?

Самое время устранить такой пробел, так как это очень важная информация для правильного проектирования системы! Подробно о гидравлическом распределителе или гидрострелке системы отопления рассказывает отдельная статья нашего портала.

Бывают и иные решения. Например, кронштейн для крепления к стене расширительного бака, служащий одновременно коллектором для подключения и самого бака, и всех устройств «группы безопасности» — манометра, предохранительного клапана и автоматического воздухоотводчика.

Кронштейн для подвешивания расширительного бака, одновременно являющийся коллектором как для бака, так и для всей «группы безопасности».

Кстати, никто не заставляет располагать все три этих прибора вместе – просто такое их сочетание более удобно для повседневного контроля. Можно при желании приобрести предохранительный клапан, который уже имеет встроенный манометр — тоже очень неплохое решение.

«Два в одном» — предохранительный клапан со встроенным манометром.

А что же касается воздухоотводчиков, то обычно оной штукой дело никогда не ограничивается —  несколько таких сепараторов устанавливают в самых уязвимых с точки зрения скопления газов участках системы.

Наверное, это будет не очень хорошо, если вода при срабатывании клапана станет просто выливаться на пол. Поэтому к выходному патрубку стараются прикрепить трубу, которая отводит излишки теплоносителя в канализацию.

Может быть сделать вот так? Нет, тоже не сильно хорошо…

Но сплошная труба до канализации – это тоже не лучшее решение. Дело в том, что клапан, как уже понятно, сглаживает аварийную ситуацию, но никак не исправляет ее. То есть владельцу дома или квартиры должно быть очень важно видеть, что срабатывание клапана происходило – это явный сигнал о каком-то неблагополучии и о необходимости срочных поисков решения проблемы.

Поэтому рекомендуют дренажную трубу подсоединять не напрямую к клапану, а через специальную воронку для разрыва струи.

Предохранительный клапан с подсоединённой к нему воронкой разрыва струи. От этой воронки уже дальше пойдет дренажная труба.

При таком подходе срабатывание клапана не останется без внимания – какими-то признаками себя проявит (шумом струи, брызгами на полу и т.п.)

Отчего может проявляться срабатывание клапана?

Причин, по которым клапан дает о себе знать капанием или проливом теплоносителя, может быть несколько. Не все они одинаково серьёзны, но во всяком случае реакции, проверки – заслуживает любая из них.

• Самая, пожалуй, серьезная причина – выход из строя или нестабильная работа системы терморегуляции самого котла отопления. Наверняка, срабатывания пойдут частые и с обильным разливом воды.
• Спровоцировать протекание на клапане способные неполадки расширительного бака. Это может быть исходная неправильная настройка (но тогда она проявится довольно быстро). Из скрытых причин – повреждение мембраны или неисправность ниппеля, через который стравился воздух, накачанный в «сухую» камеру. При подобных неполадках в системе начинаются резкие скачки давления, вплоть до гидроударов, что и ведет к кратковременным, но довольно частым открытиям клапана.
• Слегка протекать клапан может и при пограничных значениях давления в системе. Точность пружинных устройств невыдающаяся, порядка ±20%, так что такое явление не исключается. Выход – более точные настройки системы с подбором соответствующего оборудования.
• Износ клапана – тоже одна из возможных причин. Выше уже говорилось, что после нескольких полноценных срабатываний клапан априори начнет «барахлить», и лучше его или отремонтировать (если он подаётся ремонту), или заменить на новый.
• Да и без срабатывания – все равно пружина со временем может начать «уставать». А кроме того, иногда подкапывание появляется вследствие просачивания теплоносителя вдоль штока. Тоже, наверное, повод подумать о ремонте или, скорее, замене.
• Срабатывание теоретически может быть вызвано и разрежением на выходном патрубке. Но говорить об этом – несерьезно. Тем более, если подключение будет производиться с разрывом струи.

Какой клапан выбрать?

Многообразие представленных а продаже моделей, несмотря на схожесть в устройстве – очень велико. Поэтому давать какие-то конкретные рекомендации – сложно. Можно лишь перечислить некоторые критерии, на которые стоит обратить особое внимание.

• Как уже говорилось, клапан должен иметь присоединительный размер входного патрубка (DN) такой же, как и труба, на которой он будет устанавливаться. Никаких переходов на больше или меньше!

Диаметр условного прохода указывается на корпусе клапана.

• Второй важнейший параметр – давление врабатывания клапана. Как уже отмечалось, для большинства автономных систем оптимальным порогом является уровень в три атмосферы. Однако, бывают и исключения – это лучше обсудить со специалистами при проектировании отопления.

Кстати, некоторые компании практикуют цветовую маркировку своих клапанов – по цвету пластиковой спускной рукоятки. Например, красная – 3.0 бар, черная – 1.5 бар,  желтая – 6.0 бар.

Клапаны разного номинала срабатывания – производитель выделил их и разным цветом

Однако, полностью полагаться на такие признаки нельзя – это не какой-то общепринятый стандарт. Вполне можно увидеть клапаны и с синей головкой, причем с номиналами и шесть, и восемь, и десять бар. Так что всегда проверяйте – что конкретно указано на устройстве.

• Выше уже говорилось, что предпочтение следует отдавать приборам в латунных корпусах.
• Безусловно, не следует покапать предохранительные клапаны совершенно неизвестного происхождения. Даже если цена кажется уж очень заманчивой. Никогда не забывайте, что речь в данном случае идет в том числе и о вашей личной безопасности.

В магазинах вполне достаточно качественной продукции известных брендов – «Valtex»,  «BAXI», «Ariston», «Beretta», «Danfoss», «Ferroli», «Vaillant», «Watts» и других. Информацию об изделиях нелишним будет заранее почитать на официальных сайтах компаний.

Безусловно, покупка должна проводиться в специализированном магазине. Не стесняйтесь потребовать документы, способные подтвердить оригинальность выбираемого изделия.

• Многие утверждают, что с точки зрения и удобства, и общей стоимости, гораздо выгоднее приобретать готовую «группу безопасности».

Пример комплекта «группы безопасности» — чугунный коллектор, предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр, со всеми необходимыми соединительными фитингами.

В завершение – прилагаем посмотреть видеосюжет, в котором автор делится опытом выявления и устранения проблем с предохранительным клапаном.

Видео: Что может быть не так с предохранительным клапаном в системе отопления?

*  *  *  *  *  *  *

В этой публикации были рассмотрены предохранительные устройства, защищающие систему отопления от повышенного давления. Но в открытых системах, например, скачков давления быть не может по определению. Они что, не нуждаются ни в какой защите?

Еще как нуждаются, особенно системы с котлами, работающими на твердом топливе! Но там уже используются предохранительные клапаны, срабатывающие на превышение допустимой температуры. Такие приборы требуют, конечно, отдельного рассмотрения, и им будет посвящена специальная статья.

Клапан предохранительный – все о типах, принципе работы и устройстве

Обязательным элементом каждой гидросистемы, функционирующей под высоким давлением, считается предохранительный клапан. Устройство специально предназначено для защиты систем от чрезмерного превышения давления, ограничивая его предельную границу. При приближении к опасной отметке сбросной клапан срабатывает, осуществляя сброс рабочей среды до момента нормализации внутрисистемного давления.

Устройство предохранительных клапанов

Предохранительный клапан – это специальная трубопроводная арматура, функционирующая от рабочей среды. Существуют различные типы предохранительных устройств, но сбросные клапаны пользуются наибольшей популярностью благодаря эффективности работы при относительной несложности конструкции.

Конструкция предохранительного клапана зависит от его типа, но чаще применяются клапаны с пружинным механизмом прямого действия, обязательными компонентами которых являются задатчик с запорным органом. Задатчик отвечает за силовое воздействие на чувствительный элемент, непосредственно связанный с запорным органом, состоящим из запора и седла. В роли затвора обычно выступает золотник, а в качестве задатчика используется стальная пружина.

Принцип работы

Когда клапан пребывает в закрытом положении, чувствительный элемент находится под воздействием рабочего давления системы. Когда в системе начинают возникать процессы, провоцирующие повышение уровня давления выше рабочего, сила притяжения золотника к седлу снижается. В момент, когда сила равняется нулю, наступает уравновешивание рабочих сил от воздействия давления внутри системы и задатчика на чувствительный элемент. Начинается открытие запорного клапана. Если внутрисистемное давление продолжает расти, осуществляется выпуск рабочей среды через открытый клапан. Когда давление в системе постепенно падает и приходит в норму после сброса рабочей среды, запорный орган под воздействием усилия задатчика закрывается.

Чтобы клапан закрылся, давление должно опуститься до отметки на 10-15% ниже, нежели уровень нормального давления в системе. Это связано с тем, что для возвращения запорного элемента в герметичное положение требуется усилие значительно большее, нежели то, которого было достаточно для поддержания его в закрытом положении до момента открытия.

Разновидности клапанов предохранительного типа

Существуют разные типы предохранительных клапанов, которые классифицируются по наличию определенных признаков.

По принципу действия выделяют два типа сбросных клапанов:

• Клапаны прямого действия срабатывают непосредственно под воздействием рабочей среды.
• Клапаны сбросные обратного действия реагируют на силу постороннего источника давления или открываются под воздействием электричества.

По типу подъема замыкающего органа сбросные предохранительные клапаны подразделяют на:

• Устройства пропорционального действия, которые чаще используются для несжимаемой среды, хотя конструкция предусматривает возможность применения для сжимаемых сред. Клапаны открываются пропорционально росту давления в системе, с подъемом затвора клапан сбрасывает рабочую среду равномерно.
• Устройства двухпозиционного действия моментально открываются на полный ход, когда достигается предельное давление клапана. Применяются для сжимаемых сред (пар, воздух, газы).

В зависимости от высоты подъема замыкающего органа:

• Малоподъемные клапаны, высота подъема в которых составляет около 0,05 диаметра седла, характеризуются минимальной пропускной способностью, поэтому не подходят для мощных промышленных систем. Устройства обычно имеют пропорциональный механизм действия и отличаются простотой конструкции.
• В полноподъемных клапанах, которые, как правило, функционируют на основании двухпозиционного механизма, высота подъема устройства равняется или превышает диаметр седла. Клапаны имеют высокую пропускную способность и характеризуются более сложной конструкцией, нежели малоподъемные устройства, поэтому их стоимость выше

По типу оказываемой нагрузки на золотник клапаны сбросные подразделяют на:

• Рычажно-грузовые или грузовые клапаны – устройства, в которых давлению противодействует усилие, создаваемое рычажно-грузовым механизмом. В зависимости от массы груза и длины рычага определяется давление срабатывания и диапазон давлений.
• В пружинных клапанах внутрисистемному давлению противодействует предохранительный пружинный механизм. Сила сжатия стальной пружины определяет давление, при котором срабатывает пружинный механизм. Диапазоны настройки пружинного клапана зависят от упругости пружины. Невысокая цена, простота и надежность конструкции делают пружинные клапаны оптимальным вариантом для различных инженерных систем и маломощных промышленных установок.

Регулировка предохранительных клапанов

Регулировка предохранительного клапана осуществляется после окончания процесса монтажа. При помощи стальной пружины клапан настраивают таким образом, чтобы усилие золотника прижимало устройство к седлу запорного органа и предотвращало несвоевременный сброс рабочей среды. Настройка предохранительного клапана пружинного осуществляется при помощи специального винта. Конструкция предохранительного клапана устроена таким образом, что затяжка пружины сверх установленной величины, полностью исключена.

Преимущества применения предохранительных клапанов

Сбросные клапаны активно используются для предохранения от возникновения неполадок в системах, работающих под высоким давлением.
Преимущества использования клапанов, обеспечивающих нормализацию давления в системе, очевидны:

• Невысокая цена устройства при длительном сроке эксплуатации.
• Простота конструкции и легкость в эксплуатации.
• Несложность монтажа и выбора рабочих настроек.
• Разнообразие типов и габаритных размеров позволяет подобрать наиболее подходящий сбросной клапан в зависимости от технических характеристик системы.
• Возможность использования устройств в агрессивной среде.
• В зависимости от типа устройства бывают клапаны, которые устанавливаются как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

Предохранительный клапан – относительно недорогой и надежный элемент, который является обязательной частью любой системы, работающей под высоким давлением. Правильный выбор предохранительного устройства, профессиональный монтаж, своевременное обслуживание и устранение неполадок обеспечит бесперебойное функционирование системы на протяжении длительного времени.

Клапанная аппаратура

Если вы хотите сказать спасибо автору, просто нажмите кнопку: 
   
Каждая гидросистема помимо насоса, исполнительных гидродвигателей и распределительной гидроаппаратуры имеет в своем составе клапаны. Количество клапанов в зависимости от сложности системы варьируется от единиц до нескольких десятков, а в некоторых случаях их количество измеряется сотнями.
В данной статье будут описаны основные типы клапанов, наиболее часто встречающиеся в гидросистемах:

• Предохранительные клапаны
• Редукционные клапаны
• Обратные клапаны
• Управляемые обратные клапаны
• Тормозные (контрбалансные) клапаны.

Основной принцип действия клапана

Принцип действия простейшего клапана заключается в уравновешивании силы создаваемой давлением рабочей жидкости на площади седла и силы упругости пружины. Седло клапана — это конструктивный элемент, образующий рабочую кромку, обеспечивающую герметичное прилегание запорного элемента. Простейший клапан имеет конструкцию, изображенную на рисунке 1а. В корпусе 1 имеется рабочая кромка, к которой плотно прилегает поджатый пружиной 3 запорный элемент 2. Сила, создаваемая пружиной 3, определяет разницу давлений между полостями P и T при которой происходит открытие клапана. На рисунке 1б показан клапан в открытом состоянии, где стрелками показано направление движения рабочей жидкости. Двухступенчатые клапаны в зависимости от назначения могут иметь различную конструкцию и будут рассмотрены ниже.

Классификация

По виду запорного элемента различают несколько типов клапанов. Наиболее часто встречаются: сферический (шариковый), конический, плоский (см. рисунок 2). Благодаря высоким герметизирующим свойствам и технологичности наибольшее распространение получили сферические (шариковые) и конические клапаны.

По способу монтажа различают клапаны картриджные, трубного, стыкового (фланцевого) и модульного монтажа. Картриджные клапаны дополнительно подразделяют на вворачиваемые (резьбовые) и закладные. Существует еще одна категория – бескорпусные клапаны. Бескорпусные клапаны это, как правило, набор составляющих элементов клапана предназначенный для установки в клапанную плиту или корпус.

Картриджные и бескорпусные клапаны могут быть использованы в гидросистеме только в составе клапанного блока или установленными в индивидуальный корпус. На рис. 3, на примере клапанного блока картриджные и бескорпусные клапаны показаны до установки и в установленном состоянии.

Клапаны трубного монтажа имеют резьбовые порты для присоединения гидравлических линий. Клапаны стыкового монтажа обычно предназначены для установки непосредственно на гидроагрегат (например, на гидроцилиндр или гидромотор) и фиксируются группой резьбовых крепежных элементов. Клапаны трубного и стыкового монтажа показаны на рис. 4. и рис. 5.

К подгруппе клапанов стыкового монтажа относится модульная гидроаппаратура СЕТОР (см. рис. 6). В зависимости от максимально пропускаемого потока рабочей жидкости аппаратура разбита на несколько групп: CETOP 02, 03, 05, 07 и 08. Перечень компонентов СЕТОР включает в себя целый ряд гидрокомпонентов: это и всевозможные клапаны, и гидрораспределители, и аппаратура управления расходом, и даже фильтрация рабочей жидкости. Все элементы монтируются группами или по отдельности на монтажные плиты. Пример сборки гидросистемы на элементной базе CETOP 03 показан на рис.7.

Предохранительные клапаны

Предохранительный клапан относится к клапанам регулирования давления с кратковременным срабатыванием. Он устанавливается в гидросистему для ограничения максимально возможного давления в линии. Каждая гидросистема имеет предохранительный клапан в линии высокого давления выходящей из насоса. Предохранительные клапаны могут быть установлены в линиях, давление в которых не должно превышать заданной величины. Например, в линии питания гидродвигателей устанавливают предохранительные клапаны для ограничения в них давления и, как следствие, ограничения максимального создаваемого двигателем усилия. Кроме указанных выше у предохранительных клапанов имеется множество типовых применений.

Согласно ГОСТ 2.781-96 предохранительные клапаны на схемах обозначаются как показано на рисунке 8.

В схемных решениях предохранительный клапан может быть применен для обеспечения минимально заданного уровня давления или подпора в линии гидросистемы. При таком применении предохранительные клапаны принято называть подпорными, что отражает характер их работы.

Схематично устройство предохранительного клапана прямого действия изображено на рисунке. 9. В корпусе 1 установлен конический запорный элемент 2, прижимаемый к седлу пружиной 3. Настройка пружины осуществляется регулировочным винтом 4. Контргайка 5 служит для фиксации регулировочного положения винта. Подвижная опора пружины 8 уплотнена по зазору с корпусом 1. Замкнутый объем 6 и зазор 7 являются демпфером колебаний запорного элемента клапана. Клапаны прямого действия имеют высокую скорость срабатывания, что является их основным достоинством. К недостаткам можно отнести нестабильную работу и склонность к автоколебаниям. Также при увеличении рабочих расходов сильно увеличивается и размер клапана. 

Подобных недостатков лишены клапаны непрямого действия, которые часто называют двухступенчатыми или сервоклапанами. Устройство такого клапана показано на рисунке 10. К седлу корпуса 1 пружиной 9 прижат основной запорный элемент 2. В запорном элементе имеется дроссельное отверстие 3. Рабочую полость от линии слива Т отделяет пилотный клапан с запорным элементом 4, поджатый к седлу пружиной 5. Механизм регулировки поджатия пружины состоит из регулировочного винта 7 с контргайкой 10, опоры 6 и уплотнения 8.

Работа клапана происходит следующим образом: при давлении в линии Р ниже настройки срабатывания клапана, уровни давлений в рабочей полости и линии Р одинаковы, основной запорный элемент прижат к седлу пружиной 9. Начальные положения элементов клапана показаны на рисунке 10. При достижении давлением значения настройки пилотного клапана, последний открывается, и рабочая жидкость проходя через дроссельное отверстие 3 устремляется в линию Т. При прохождении рабочей жидкости через дроссельное отверстие создается перепад давлений между линией P и рабочей полостью. Этот перепад давлений воздействует на запорный элемент 2 и преодолевая усилие пружины 9, смещается, что приводит к открытию основного клапана.

Редукционные клапаны

Редукционный клапан относится к клапанам регулирования давления. Он устанавливается в гидросистему для поддержания давления в линии на более низком уровне, чем в основной линии. Иными словами, можно сказать, что редукционный клапан поддерживает давление на постоянном уровне «после себя», имея на входе более высокий уровень давления. Самым распространённым применением является поддержание давления в линии управления распределителями. Редукционные клапаны могут быть установлены в линиях питания гидродвигателей для ограничения в них давления и, как следствие, ограничения создаваемого двигателем усилия.

Согласно ГОСТ 2.781-96 редукционные клапаны на схемах обозначаются как показано на рисунке 11.

 

Схематично устройство редукционного клапана прямого действия изображено на рисунке 12. В корпусе 1 установлен конический запорный элемент 2, прижимаемый к корпусу пружиной 3. При давлении в линии А ниже настройки редукционного клапана рабочая жидкость беспрепятственно перетекает в линию А. После того, как усилие, создаваемое давлением на запорном элементе в линии А превысит усилие, создаваемое пружиной, запорный элемент смещаясь влево, перекроет ток рабочей жидкости из линии Р в А. При этом происходит дросселирование (понижение давления) жидкости на рабочей кромке, вызывая снижение давления в линии А, уравновешивая клапан в некотором положении. Для стабильного поддержания давления редукционным клапаном, полость пружины должна сообщаться с баком. Если в полости пружины создавать некоторое давление, то значение давления, поддерживаемое в линии А, будет увеличиваться прямопропорционально давлению в полости пружины. В этом случае речь идет о редукционном клапане с внешним управлением, а давление в полости пружины называют давлением управления.

Редукционные клапаны седельного типа (см. рис.12) обладают высокой скоростью срабатывания, что может привести к частым и сильным колебаниям давления. Для снижения колебаний давления применяют клапаны золотникового типа. Они обеспечивают более плавную характеристику без забросов давления, но не герметичны и имеют перетечку рабочей жидкости по зазору золотника. Редукционный клапан золотникового типа в рабочем положении показан на рисунке 13.

Для сохранения герметичности и обеспечения плавной характеристики применяются редукционные клапаны непрямого (двуступенчатого) действия. Устройство такого клапана показано на рисунке 14. К корпусу 1 пружиной 9 прижат основной запорный элемент 2. В запорном элементе имеется дроссельное отверстие 3. Рабочую полость А от линии слива Т отделяет пилотный клапан с запорным элементом 4, поджатым к седлу пружиной 5. Механизм регулировки поджатия пружины состоит из регулировочного винта 7 с контргайкой 10, опоры 6 и уплотнения 8.

Работа клапана происходит следующим образом: при давлении в линии А ниже настройки срабатывания клапана, уровни давлений в рабочей полости и линии А одинаковы, основной запорный элемент прижат к корпусу пружиной 9. При достижении давлением значения настройки пилотного клапана, последний открывается, и рабочая жидкость проходя через дроссельное отверстие 3 устремляется в линию Т. При этом создается перепад давлений между линией А и рабочей полостью, воздействующий на запорный элемент 2 и преодолевающий усилие пружины 9, смещает запорный элемент 2 вверх, что приводит к уменьшению проходного сечения (седло-клапан), снижению давления в линии А и уравновешиванию клапана в некотором положении, обеспечивающем заданное давление в линии А.

При понижении давления в линии А клапан под воздействием пружины опускается, увеличивая проходное сечение седло-клапан, что приводит к увеличению давления в линии А и уравновешиванию клапана в новом положении.

Еще одной разновидностью редукционного клапана можно считать редукционно-предохранительный или трехходовой редукционный клапан. Его обозначение на принципиальных гидравлических схемах показано на рис. 15.

Принцип работы редукционно-предохранительного клапана показан на рисунке 16. В корпусе 1 установлены основные элементы: пружина 3 и золотник 2. Пока давление в линии А ниже чем в питающей линии Р клапан 2 находится в правом положении и свободно пропускает жидкость из линии Р в линию А. (см. рис. 16А). При повышении давления в линии Р выше настройки пружины 3, золотник 2 смещается влево и начинает дросселировать жидкость прикрывая окно линии P (см. рис. 16Б), вплоть до полного закрытия (рис. 16В). Если при полном закрытии давление в линии А продолжает расти, то золотник смещается еще левее, приоткрывает окно линии Т и начинает сбрасывать жидкость из линии А в слив (см. рис 16Г)

Обратные клапаны

Обратные клапаны относятся к клапанам управления расходом. Основным их назначением является пропускание потока рабочей жидкости в прямом и блокирование в обратном направлениях. Конструктивно обратные клапаны схожи с предохранительными, но не имеют механизма регулировки сжатия пружины, а часто и самой пружины.

Согласно ГОСТ 2.781-96 обратные клапаны на схемах обозначаются как показано на рис. 17.

Рис. 17

Устройство простейшего обратного клапана соответствует показанному на рис.1а. Где жидкость имеет возможность проходить от линии P к линии Т, преодолев сопротивление пружины, которое эквивалентно значению из диапазона от 0,02 до 1МПа. При этом в обратном направлении жидкость пройти не может. Также распространены конструкции обратных клапанов без пружины.

Часто при проектировании гидросистемы появляется необходимость в применении обратного клапана способного пропускать поток жидкости в обратном направлении по внешнему сигналу управления. В таких случаях речь заходит об управляемых обратных клапанах.

Управляемые обратные клапаны называются гидрозамками и в соответствии с ГОСТ 2.781-96, имеют обозначения, показанные на рисунке 18:

Рис. 18

Схематично устройство гидрозамка изображено на рисунке 19. В корпусе 1 установлены управляющий поршень 4 и конический запорный элемент 2, прижимаемый к корпусу пружиной 3. Рабочим является закрытое положение клапана, при котором рабочая жидкость заперта в линии C2 (см. рис. 19А). Для принудительного открытия клапана давление подаётся в линию V1-C1. После того, как усилие на поршне 4, создаваемое давлением в полости V1-C1, превысит усилие на запорном элементе 2, создаваемое давлением в линии C2 и пружиной 3, поршень 4 переместится вправо и, смещая запорный элемент 2, откроет доступ жидкости из линии C2 в линию V2 (см. рис. 19Б). При подъеме нагрузки (см. рис. 19В) линия V2-C2 свободно пропускает жидкость к гидродвигателю (гидроцилиндру).

При определенных условиях в момент открытия гидрозамков в гидросистеме могут возникать ударные нагрузки, вызванные резким падением давления. Такие нагрузки отрицательно сказываются на большинстве элементов гидросистемы и снижают их ресурс. Для борьбы с этим явлением в гидрозамок встраивают декомпрессор 5 (см. рис. 20). Принцип работы замка с декомпрессором отличается от обычного тем, что при смещении управляющего поршня 4 первым открывается клапан декомпрессора 5. Смещаясь декомпрессор 5 создает небольшую перетечку жидкости из линии С2 в линию V2 и тем самым снижает в нагруженной линии давление. После этого происходит открытие основного клапана 2 и сброс жидкости из С2 в порт V2. Таким образом мгновенного соединения линии, находящейся под высоким давлением, с линией слива удается избежать.

Рис. 20

Одним из важнейших параметров гидрозамков является соотношение площадей седла основного клапана и управляющего поршня. Фактически соотношение определяет во сколько раз, запертое в полости C2 давление, может превышать давление в полости управления V1-C1 при сохранении работоспособности замка. Для замков без декомпрессора значение соотношения определяется как показано на рисунке 21А. Обычно значение соотношения лежит в диапазоне от 1:3 до 1:7. Для замков с декомпрессором определение значения соотношения показано на рис. 21Б. Значения соотношений для гидрозамков с декомпрессором может достигать значения 1:20 и более.

Рис. 21

Широкое распространение получили сдвоенные (двухсторонние) гидрозамки, предназначенные для фиксирования гидродвигателя в заданном положении независимо от направления приложенных к гидродвигателю усилий.

Согласно ГОСТ 2.781-96 двухсторонние гидрозамки на схемах обозначаются, как показано на рис 22.

Рис. 22

Устройство и принцип работы односторонних и сдвоенных (двухсторонних) гидрозамков аналогичны. В закрытом состоянии к седлам в корпусе 1 пружинами 5 и 6 прижаты запорные элементы 3 и 4 (см. рис. 23А). Управляющий поршень 2 в зависимости от наличия давления в линиях V1 и V2 смещается и открывает один из запорных элементов 3 или 4 (см. рис. 23Б)

Рис. 23

При проектировании гидравлических систем, содержащих гидрозамки нужно учитывать несколько условий:

·        В закрытом состоянии для надежного удержания нагрузки линии гидрозамков, ведущие к гидрораспределителю, должны быть разгружены в слив (см. рис. 24) Пренебрежение этим правилом ведет к неполному запиранию магистралей и «сползанию» нагрузки.

·        Для обеспечения безопасности при удержании нагрузки гидрозамки рекомендуется устанавливать, как можно ближе к исполнительному гидродвигателю или непосредственно на него.

·        При совпадении направления нагрузки на исполнительный орган гидродвигателя с направлением его движения (попутная нагрузка), гидрозамок может работать некорректно, постоянно закрываясь и открываясь. Этот режим работы приводит к возникновению ударных нагрузок в гидросистеме и преждевременному выходу из строя ее компонентов. В подобных случаях необходимо вместо гидрозамков применять тормозные клапаны.

Типовые схемы включения односторонних и двухсторонних гидрозамков показаны на рисунке 24.

При проектировании гидравлических систем, содержащих гидрозамки, необходимо учитывать, что для их корректной работы в режиме удержания нагрузки требуется, чтобы порты V1 и V2 были открыты в сливную линию. Это требование обычно обеспечивается установкой гидрораспределителя с золотником, линии А и В которого в нейтральном положении соединены с сливной линией. Примеры подключения показаны на рисунке 24

Тормозные клапаны

Тормозной клапан относится к клапанам регулирования давления. В технической литературе данный вид клапанов часто называют уравновешивающими или контрбалансными (counterbalance). Основное применение эти клапаны находят в системах где на гидродвигателях требуется длительное удержание нагрузки и возможно возникновение нагрузки, совпадающей по направлению с движением исполнительного органа гидродвигателя (попутной нагрузки). По количеству контролируемых линий гидродвигателя тормозные клапаны бывают односторонние и двухсторонние.

На схемах тормозные клапаны обозначаются как показано на рисунке 25.

Рис. 25

Далее будет рассмотрен принцип работы тормозных клапанов на примере работы гидроцилиндра.

Односторонний тормозной клапан.      

На рисунке 26 показано устройство одностороннего тормозного клапана, находящегося в состоянии удержания нагрузки. Клапан состоит из корпуса 10, в котором установлены: дроссель 11, клапан 4, седло 3 с пружиной 2, опорная шайба 1, обойма 7, упор 5, пружина 6 и регулировочный винт 8 с контргайкой 9. Гидравлический цилиндр удерживает нагрузку поршневой полостью. В отличие от гидравлического замка, который удерживает нагрузку независимо от ее величины, тормозной клапан откроется и сработает как предохранительный при величине давления определяемой настройкой поджатия пружины 6. Поэтому, для гарантированного удержания нагрузки такими клапанами давление их настройки выбирают выше максимального на величину от 20% до 50%.

Рис. 26

На рисунке 27 показан тормозной клапан, находящийся в состоянии подъема груза. Для подъема груза гидроцилиндром в порт V2 подается рабочая жидкость. При этом седло 3 смещается влево, преодолевая усилие, создаваемое пружиной 2. Рабочая жидкость из штоковой полости гидроцилиндра свободно уходит в сливную линию. Таким образом осуществляется подъем груза гидроцилиндром. При последующем соединении порта V2 со сливной линией тормозной клапан переходит в режим удержания груза. Дроссель 11 выполняет роль демпфера, который обеспечивает относительно плавное перемещение клапана 4.

Рис. 27

На рисунке 28 показан тормозной клапан в режиме работы с попутной нагрузкой. В начальный момент времени тормозной клапан, запертой им поршневой полостью удерживает груз. Поскольку поршневая полость заперта, то при подаче рабочей жидкости в штоковую полость, в ней создается давление, которое через дроссель 11 воздействует на клапан 4. Под воздействием давления в штоковой полости, клапан 4 преодолевает усилие пружины 6 и смещаясь вправо приоткрывает в слив линию С2, соединенную с поршневой полостью цилиндра. Шток гидроцилиндра приходит в движение. В режиме компенсации попутной нагрузки клапан 4 находится в некотором равновесном состоянии, при котором скорость движения штока гидроцилиндра строго определяется расходом рабочей жидкости, поступающим в штоковую полость. При отклонении клапана от равновесного состояния происходит следующее:

·        При слишком большом открытии клапана 4 расход жидкости С2-V2. превышает величину расхода V1-C1 (с учетом соотношения рабочих площадей штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра). Происходит падение давления в штоковой полости и зазор между клапаном 4 и седлом 3 уменьшается. При этом расход С2-V2 снижается до величины соответствующей величине расхода V1-C1 (с учетом соотношения рабочих площадей штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра). Клапан приходит в равновесное состояние.

·        При слишком малом открытии клапана 4 расход жидкости С2-V2 ниже величины расхода V1-C1 (с учетом соотношения рабочих площадей штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра). Происходит увеличение давления в штоковой полости и зазор между клапаном 4 и седлом 3 увеличивается. При этом расход С2-V2 увеличивается до величины соответствующей величине расхода V1-C1 (с учетом соотношения рабочих площадей штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра). Клапан приходит в равновесное состояние.

 Рис. 28

Двухсторонний тормозной клапан.       

В отличие от одностороннего тормозного клапана двухсторонний клапан используется в системах где есть необходимость удерживать гидравлические двигатели под знакопеременной нагрузкой и периодическим воздействием попутной нагрузки при движении как в прямом так и обратном направлениях.

На рисунке 29 показан двухсторонний тормозной клапан в состоянии удержания нагрузки. Его устройство идентично устройству одностороннего тормозного клапана. В его состав входят корпус 20, в котором установлены: разделительный клапан 10, клапан 4(14), седло 3(13) с пружиной 2(12), опорная шайба 1(11), обойма 7(17), упор 5(15), пружина 6(16) и регулировочный винт 8(18) с гайкой 9(19). Гидравлический цилиндр на рисунке 29 может удерживать нагрузку в поршневой или штоковой полости.

Рис. 29

На рисунке 30 двухсторонний тормозной клапан показан в состоянии подъема груза. При подаче рабочей жидкости в порт V2 седло 13, преодолев сопротивление пружины 11, сместится влево и жидкость поступит в порт С2 и поршневую полость гидроцилиндра. Рабочая жидкость из полости V2, проходя через канал в клапане 14, воздействует на клапан 4, смещая его влево. Разделительный клапан 10 в этот момент закрывает канал в клапане 4. При этом между клапаном 4 и седлом 3 образуется зазор, через который рабочая жидкость из штоковой полости гидроцилиндра проходит в сливную линию. Таким образом происходит подъем груза гидроцилиндром. При последующем соединении порта V2 и V1 со сливной линией, тормозной клапан переходит в режим удержания нагрузки. При восприятии нагрузки штоковой полостью гидроцилиндра работа клапана происходит аналогично.

Рис. 30

На рисунке 31 показан тормозной клапан в режиме работы с попутной нагрузкой. В начальный момент времени тормозной клапан, запертой им поршневой полостью удерживает груз. Компенсация попутной нагрузки будет проходить в плече C2-V2. Рабочая жидкость, поданная в порт V1, преодолев усилие пружины 2, смещает седло 3 вправо и через порт С1 попадает в штоковую полость гидроцилиндра. Поскольку поршневая полость заперта, то при подаче рабочей жидкости в штоковую полость, в линии V1-C1 возникает давление, которое через канал в клапане 4 проходит к торцу клапана 14 и преодолев усилие пружины 16 смещает его вправо. Разделительный клапан 10 закрывает канал в клапане 14. При этом появляется зазор между клапаном 14 и седлом 13, через который рабочая жидкость из поршневой полости уходит в сливную линию и шток гидроцилиндра движется вниз. В режиме компенсации попутной нагрузки плечом С2-V2 клапан 14 находится в некотором равновесном состоянии, при котором скорость движения штока гидроцилиндра строго определяется расходом рабочей жидкости, поступающим в штоковую полость. При отклонении клапана от равновесного состояния происходит следующее:

При слишком большом открытии клапана 14 расход жидкости С2-V2. превышает величину расхода V1-C1 (с учетом соотношения рабочих площадей штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра). Происходит падение давления в штоковой полости и зазор между клапаном 14 и седлом 13 уменьшается. При этом расход С2-V2 снижается до величины соответствующей величине расхода V1-C1 (с учетом соотношения рабочих площадей штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра). Клапан приходит в равновесное состояние.

При слишком малом открытии клапана 14 расход жидкости С2-V2 ниже величины расхода V1-C1 (с учетом соотношения рабочих площадей штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра). Происходит увеличение давления в штоковой полости и зазор между клапаном 14 и седлом 13 увеличивается. При этом расход С2-V2 увеличивается до величины соответствующей величине расхода V1-C1 (с учетом соотношения рабочих площадей штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра). Клапан приходит в равновесное состояние.

При удержании нагрузки штоковой полостью, компенсация попутной нагрузки будет проходить в плече C1-V1 и клапан 4 будет находится в равновесном состоянии. Порядок поддержания равновесного состояния аналогичен описанному.

Рис. 31

Так же как у гидрозамков, важнейшим параметром тормозных клапанов является отношение рабочей площади основного клапана к площади основного пилотного элемента. Фактически этот параметр показывает соотношение давлений в полостях V1 и C2 необходимых для преодоления усилия пружины 6. Обычно значения соотношений для тормозных клапанов лежат в диапазоне от 1:3 до 1:8. На рисунке 32 показано как определяется соотношение площадей исходя из геометрических размеров клапана.

Рис.32

При проектировании гидравлических систем, содержащих тормозные клапаны, необходимо учитывать, что для их корректной работы в режиме удержания нагрузки требуется, чтобы порты V1 и V2 были открыты в сливную линию. Это требование обычно обеспечивается установкой гидрораспределителя с золотником, линии А и В которого в нейтральном положении соединены с сливной линией. Примеры подключения показаны на рисунке 33

Внимание! Данная статья авторская. При копировании ее с сайта обязательно указывать источник!

С Уважением,

Начальник конструкторского отдела

Лебедев М.К.

Тел.: (495) 225-61-00 доб. 234

E-mail: [email protected]

3 вида предохранительных клапанов для систем отопления

 

Предохранительный клапан — это элемент, которые защищает сантехническое оборудование в системах отопления и водоснабжения от превышения давления до критического уровня. Защита обеспечивается сбросом избытка рабочей среды в автоматическом режиме. И затем сброс среды прекращается. Это происходит при снижении давления до допустимого значения. В этом материале рассмотрим основное устройство клапана, его разновидности и другие особенности.

Устройство клапана

Конструктивными элементами клапанов для предохранения от излишнего давления являются следующие основные элементы:

• корпус
• крышка
• колпак
• затвор
• шток и пружина на нем
• устройство для открытия клапана под «принуждением»

В корпусе на резьбе монтируется так называемое «седло». На него устанавливается золотник. Он фиксируется на оси клапана при помощи направляющей втулки. Седло вместе с золотником образуют затвор. В золотник вставляется шток. Он прижимает золотник к седлу за счет усилия пружины. Степень сжатия пружины регулируется нажимным винтом с контргайкой.

В колпаке размещено устройство принудительного открытия клапана. Оно состоит из рычага, который закрепляется на оси с вилкой. Для полного и быстрого открытия клапана предусмотрено специальное поджимное кольцо. Оно фиксируется отворотом стопорного винта.

Устройство принудительного открывания необходимо для проведения проверки работоспособности оборудования время о времени. Детали предназначенного для использования в жидкостях и газах оборудования покрываются специальным антикоррозийным составом.

Предохранительные клапаны в обязательном порядке проходят ревизию и проверку в специализированных лабораториях. Или непосредственно на месте применения (в случаях невозможности отправить прибор на обследование в лабораторию). Проверяется работоспособность оборудования, целостность деталей, качество уплотнителей. Срок проверки устанавливает организация с соответствующими полномочиями. Ревизия осуществляется по графику. Но не реже одного раза в год. Нужно это в первую очередь для того, чтобы ваша система отопления могла функционировать нормальным образом.

Качество оборудования регламентируется Государственными Стандартами, Техническими Условиями и различными отраслевыми указаниями.

Принцип работы

Принцип работы предохранительного клапана достаточно прост. Он заключается в следующем:

Когда давление достигает того значения давления, при котором происходит срабатывание клапана, он мгновенно и полностью открывается. При этом избыток газа стравливается в газоотводящую линию. Сброс среды прекращается, когда после снижения давления в сосуде золотник возвращается в исходное положение.

Все клапаны, как аварийная арматура, должны быть надежными и иметь четкость срабатывания. При этом обязательны:

• быстрое открывание при наступлении порога срабатывания
• достаточная пропускная способность (не ниже необходимой)
• исключение утечки и полная герметичность
• обязательное, и без задержек закрытие при снижении напора

Классификация оборудования

Существуют следующие виды предохранительных клапанов:

1. Клапан пружинный.
2. Клапан мембранный.
3. Клапан обратный.

Предохранительный клапан пружинного типа является наиболее распространенным. Особенно часто применяется в системах при отоплении и горячем водоснабжении. Его основными преимуществами являются сравнительно простая конструкция и легкое регулирование.

Двухпозиционные агрегаты, клапаны прямого и непрямого действия – это разновидности оборудования пружинных предохранительных клапанов.

Существуют механизмы рычажного типа, которые тоже защищают систему от чрезмерно повышенного давления. Они состоят из золотника и груза. Так же в них есть рычаг. Эти устройства очень громоздкие. Поэтому применяются на трубах с диаметром более 50 сантиметров.

Предохранительные клапаны мембранного типа имеют в своей конструкции мембрану. Это ее основной элемент. Принцип действия состоит в разрыве мембраны. Разрыв происходит при повышении напора до критического уровня.

Такие клапаны герметичные, простые в изготовлении. И отличаются быстротой срабатывания. Но они требуют смены мембраны после каждого срабатывания. По этой причине рядом с мембранным клапаном всегда ставят пружинное устройство. Мембранные предохранительные клапаны бывают двух видов:

• с разрывной мембраной
• с хлопающей мембраной

Первый тип применяется в жидкостях и газообразных средах. Мембрана имеет форму купола, и бывает плоская форма мембраны. С изменением силы давления мембрана разрывается.

Второй вид мембранного клапана используется в рабочих средах с газообразным состоянием. При изготовлении мембраны используют специальную ткань из каучука. Вверху и внизу такой мембраны предусмотрены ножи.

Если давление повышается или понижается до определенных пределов, мембрана только выгибается. А если давление изменяется до критической отметки, мембрана касается ножей, и разрезается. Или, при недостаточном давлении, происходит пополнение запасов пара от дополнительной емкости. Таким образом происходит защита труб от перепадов давления при помощи мембранного предохранительного клапана.

Обратный предохранительный клапан устанавливается при использовании водонагревательного оборудования. Он необходим для предотвращения повышения рабочего давления внутри нагревательных приборов.

При определенных условиях в системах отопления и водоснабжения жидкость может начать течь в обратном направлении. Довольно частый пример – это когда горячая вода передавливает холодную или наоборот. Для таких случаев необходим обратный предохранительный клапан.

Маркировка устройств

Предохранительные клапаны подлежат обязательной маркировке. На корпус предохранительного клапана наносятся:

• обозначение изделия
• стрелка, которая указывает направление потока среды
• значение номинального давления
• значение номинального диаметра клапана
• заводской номер клапана
• дата изготовления

Маркировочную табличку прикрепляют, как правило, к крышке клапана или к наружной поверхности выходного фланца

Установка предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны после установки должны быть доступны для обслуживания. Клапаны закрытого типа монтируются внутри помещений; открытого типа-на воздухе вне помещений.

При установке предохранительных клапанов следует обращать внимание на то, чтобы они непосредственно сообщались с паром в защищаемом сосуде. Если это невозможно, установку следует производить на трубопроводе или специальном отводе в максимальном приближении к сосуду. Монтаж дополнительных приспособлений между сосудом и клапаном запрещен.

Когда давление сбрасывается в атмосферу, клапаны устанавливаются на высоте 6-30 метров над землей и не менее трех метров над уровнем зданий.

Предохранительные клапаны, как правило, устанавливаются в вертикальном положении. При этом нижний фланец клапана присоединяется к защищаемому оборудованию. А боковой выходной-к газоотводящей линии.

Предохранительные клапаны устанавливаются в соответствии со схемами установки. В схемах указывается число клапанов, их сечение, тип или марка изделия. Чаще всего клапаны монтируются в верхней точки системы отопления (кроме обратного).

При установке нужно следить, чтобы диаметр штуцера аппарата не был меньше диаметра приемного патрубка клапана. При установке системы аппаратов без запорной арматуры разрешается установка одного клапана на всю группу устройств.

Если в процессе эксплуатации сантехнического оборудования предусматривается остановка всех устройств в системе на долгое время, необходима установка двух клапанов. Каждый из них должен быть с пропускной способностью, достаточной для всей системы.  А переключатель должен быть настроен на отключение обоих клапанов не совместно, а поочередно.

Условия эксплуатации клапанов

После проверки и ревизии клапаны настраиваются и проходят необходимую регулировку на заданное давление. Затем прибор пломбируют. Установка без пломбы категорически запрещена. Все предохранительные клапаны имеют технологический паспорт или «карточки эксплуатации».

Срок эксплуатации предохранительный клапанов напрямую зависит от правильной эксплуатации и обслуживания. Часто в процессе эксплуатации возникают различные дефекты.

Среди них такие распространенные дефекты:

• утечка
• пульсация
• задиры

Утечка характеризуется пропуском рабочей среды. Возникает при повреждении уплотнителей и попадании на них посторонних предметов. А так же при деформации пружины. Устраняется продувкой, притиркой, заменой пружины, правильным монтажом или новой регулировкой клапана.

Пульсация-слишком частое открытие/закрытие.  Возникает при суженом сечении или большой пропускной способности. Устраняется проблема правильным подбором необходимых параметров.

Задиры во время эксплуатации возникают в результате перекосов при сборке. Устраняются при помощи механической обработки и дальнейшей правильной сборкой.

Условия хранения

Место хранения приборов должно находиться в сухом закрытом помещении. Приборы располагаются в вертикальном положении на специальных подкладках. Их помещают в ящики или стеллажи, которые обеспечивают вертикальное расположение.

При этом все детали должны быть смазаны и завернуты в промасленную бумагу.

Штуцеры в режиме хранения должны быть в плотно закрытом состоянии. 

 

Читайте так же:

Предохранительный клапан в системе отопления. Схема, подбор, настройка

Предохранительный клапан в системе отопления является защитным устройством для тепловых генераторов и другого оборудования, отличающимся простотой работы. Его основная функция – сброс незапланированных нагрузок, возникающих в различных ситуациях.

Кроме того, данное устройство занимается регулированием потока теплоносителя в отопительной системе. Все остальное оборудование очень опасно, так как в результате высокого давления водяная рубашка считается взрывоопасной.

Назначение

Основное предназначение предохранительного клапана – защита системы отопления от возможных перепадов давления. Подобная ситуация характерна для домов с паровыми котлами. В системе водяного отопления и горячего водоснабжения давление достигает предельных значений довольно редко.

Резкое повышение давления возможно по следующим причинам:

• Объем теплоносителя выходит за рамки допустимых значений в результате отказа автоматики.
• Резкое повышение температурного режима.

Предохранительный клапан в системе отопления: схема устройства

Данное устройство состоит из корпуса и двух литых элементов. Корпус выполнен из водопроводной латуни, изготавливаемой по технологии горячего штампования. Главной комплектующей клапана является стальная пружина. При помощи своей упругости она устанавливает силу давления, которое будет воздействовать на мембрану, перекрывающую проход наружу.

В свою очередь мембрана, находящаяся в седле, укомплектованном уплотнителем, поджимается пружиной. Верхняя часть пружины упирается в металлическую шайбу, закрепленную на штоке и прикрученную к пластмассовой рукоятке. Рукоятка требуется для того, чтобы регулировать предохранительный клапан в системе отопления.

Рассмотрим более подробно разновидности этих устройств.

Муфтовый клапан

Данные устройства изготовлены из латуни. Данный вид является прямоточным, другими словами, он открывается посредством силы давления. Несмотря на то что это наиболее дешевый вариант, он является еще и достаточно надежным. Муфтовый предохранительный клапан в системе отопления имеет простую конструкцию: шток с прокладкой и с двух сторон — резьба.

Устройство из латуни

Это оборудование отличается более сложной конструкцией. Его необходимо устанавливать в отопительную систему сразу после циркуляционного насоса. Шток и пружина в этой конструкции выполнены из нержавеющей стали. Латунный предохранительный клапан в системе отопления способен выдержать температуру теплоносителя до 1200 °C.

Обратный клапан

Обратный клапан является предохранительным устройством, которое препятствует противотоку теплоносителя в отопительной системе при падении давления.

Принцип действия

На сегодняшний день можно встретить два основных типа клапанов – пружинный и рычажно-грузовой. И прежде чем выполнить подбор предохранительного клапана для системы отопления, необходимо более подробно рассмотреть эти типы.

Рычажно-грузовой

Данный тип предохранительного клапана внешне представляет запорное оборудование, конструкцией которого предусмотрен специальный груз, связанный с золотником при помощи рычага. Перемещение груза по направлению длины рычага осуществляет регулирование силы, с которой происходит придавливание золотника к седлу. Когда давление теплоносителя в системе отопления превышает норму, открывается предохранительный клапан, и излишняя жидкость вытекает через выходной патрубок.

Пружинный

В настоящее время большей популярностью пользуется клапан пружинного типа. От предыдущего варианта он отличается тем, что шток золотника прижимается не при помощи рычага с грузом, а посредством пружины. Принцип действия в целом мало чем отличается от рычажно-грузового устройства. За счет изменения степени сжатия пружины происходит регулирование клапана.

Варианты монтажа

Чтобы обеспечить надежное и безопасное функционирование клапана в системе отопления, рекомендуется производить монтаж в соответствии со всеми правилами. Найти их можно в специальной нормативной документации. Правила отличаются в зависимости от мощности и рабочего давления системы. Но основные принципы все же сохраняются, среди них:

• В отопительной системе данный прибор необходимо устанавливать на подающем трубопроводе непосредственно после котла. Если мощность теплового генератора велика, допускается устанавливать два клапана.
• Предохранительный клапан на обратном трубопроводе систем отопления монтируется только для обеспечения горячего водоснабжения в наивысшей точке бойлера.
• Также неприемлемо сужение канала в местах между магистралью клапаном, недопустимо устройство запорной арматуры.
• Сбросные патрубки следует выводить в канализационную систему или другое безопасное место. На данной линии совершенно недопустима установка запорных устройств.

Выбор

Очень важно сделать правильный выбор предохранительного клапана для системы отопления, который предотвратит закипание котла и понизит давление. Чтобы клапан работал правильно, необходимо:

• Выбрать пружинное оборудование, в котором пружина буде противодействовать давлению теплоносителя.
• Определиться с размером и типом устройства, чтобы давление в системе отопления не превышало допустимых значений, так как именно оно должно помочь работе системы.
• Клапан открытого типа необходимо выбирать в том случае, если в атмосферу сбрасывается вода, а закрытый – если вода сбрасывается в обратный трубопровод.
• Полноподъемный и низкоподъемный клапан желательно выбирать с учетом пропускной способности.
• При сбрасывании воды в атмосферу рекомендуется устанавливать устройства открытого типа. Для котлов, работающих на жидком топливе, следует выбирать низкоподъемные клапаны, для газовых котлов – полноподъемные.

Расчет

Расчет предохранительного устройства необходимо производить в соответствии с методикой, представленной в СНиП II-35 «Котельные установки».

Так как производители редко указывают в технических характеристиках реальную высоту подъема штока, в расчете данный параметр равен 1/20 диаметра седла. По этой причине типоразмер клапана в результате данного расчета получается несколько завышенным. В любом случае после подбора устройства необходимо сравнить тепловую мощность отопительной системы с рекомендуемой в техническом описании максимальной мощностью для выбранного типоразмера.

Установка предохранительного клапана требуется для защиты системы отопления от превышения уровня давления больше предельно допустимого значения. По этой причине расчет данного прибора должен сводиться к вычислению максимально допустимого прироста объема теплоносителя и определению возможных источников превышения давления.

Источниками прироста объема может послужить:

• Перегрев в теплообменном или котельном агрегате с последующим парообразованием. При парообразовании жидкость способна увеличить свой объем в 461 раз, поэтому данный фактор при выборе клапана является преобладающим.
• Выход автоматики управления подпиточных линий котельных и независимых отопительных систем из строя. Это может также послужить преобладающим фактором при подборе клапана.
• Теплоноситель, нагреваясь в теплообменном или котельном агрегате, увеличивается в объеме. При нагреве удельный прирост объема от 0 до 100 °C, что составляет всего 4%, поэтому при подборе типоразмера устройства данного типа, это не является основополагающим моментом.

Выбранное оборудование должно обеспечивать сброс рассчитанного количества теплоносителя, по наиболее существенному фактору прироста объема.

Предохранительный клапан в системе отопления: подбор

Диаметр входящего патрубка клапана должен быть равен или быть больше диаметра патрубка, полученного при расчете. Помимо соответствия диаметра патрубка, необходимо проверять предохранительный прибор на сброс рассчитанного прироста объема теплоносителя при возникновении аварийной ситуации. Важно также принять во внимание тот факт, что чем больше разница давлений между значениями в линии сброса и при открытии клапана, тем большее количество жидкости выйдет через предохранительное оборудование.

Подбирая данное устройство, также следует помнить, что его полное открытие достигается при превышении давления в отопительной системе над значением при срабатывании на 10%, а полное закрытие — во время снижения давления ниже параметра срабатывания на 20%. Исходя из этого, желательно выбирать оборудование с давлением срабатывания выше примерно на 20-30% фактического давления системы.

Условный диаметр

Определение условного диаметра данного предохранительного устройства осуществляется посредством специальных методик, которые были разработаны гостехнадзором. Для этих целей целесообразно пригласить квалифицированных специалистов.

При отсутствии такой возможности рекомендуется воспользоваться следующим принципом: диаметр клапана должен быть не меньше выходного патрубка котельного агрегата. В таком случае получается значительный запас, который позволит обеспечить безопасность системы.

Настройка предохранительного клапана системы отопления осуществляется таким образом, чтобы критическое давление было выше рабочего примерно на 10-15%. Работоспособность прибора можно проверить посредством принудительного его открытия. Регулировка предохранительного клапана системы отопления должна осуществляться ежегодно перед началом отопительного сезона.