Запірні клапани

Загальна інформація, для чого призначений запірний клапан

Чи можна собі уявити будь-яку закриту (трубопровідну) систему з будь-яким типом робочого середовища (рідинним, паровим або газовим), без запірно-регулюючої арматури? Навіть на побутовому рівні будь-який користувач знає: щоб почати або припинити подачу середовища по трубах, до споживачів – необхідно спочатку знайти і відкрити (або закрити) « кран ». Технічно більш підкована людина буде впевнено стверджувати, що потрібно шукати не « кран », а « вентиль ». Ну, а фахівцям відомо: те, що по-старому користувачами називається « кранами » або « вентилями », вже давно, принаймні з 1982 року, в середовищі професіоналів прийнято називати запірними або запірно-регулюючими клапанами.

Запірний клапан – це різновид трубопровідної запірно-регулюючої арматури, призначеної для перекриття та (або) регулювання потоку середовища, в якому замикаючий елемент (у вигляді конічного затвора, тарільчатого золотника) рухається паралельно її потоку. Його головними конструктивними особливостями вважаються:

• надійність роботи запірного вузла на різних режимах експлуатації;
• можливість забезпечення високої герметичності замикання.

Що робить можливим застосування запірних клапанів (вентилів) на найважчих експлуатаційних режимах: по робочій температурі – до 600 °С, по робочому тиску – до 250 МПа.

В силу особливостей своєї конструкції, запірні клапани (вентильного типу) можуть застосовуватися на трубопроводах з прохідним діаметром максимум до 300 мм (DN300), будучи проміжною ланкою між трубопровідними засувками (застосовуються на трубопроводах великих діаметрів) і трубопровідними кранами (застосовуються, як правило, на трубопроводах прохідним діаметром до 2 ½ дюймів (63мм)). За своєю принциповою конструкцією запірні клапани вентильного типу бувають:

• Прохідні – в них вхідний і вихідний потік орієнтовані в одному напрямку, але розташовані не по одній осі, а паралельно один одному. Таким чином, в корпусі прохідного клапана потік середовища змушений робити цілих два повороти на 90 градусів. Така принципова конструкція характеризується простотою реалізації запірного механізму, універсальністю застосування, але одночасно – і найбільшим гідравлічним опором.
• Кутові – в них вхідний і вихідний потоки взаємно орієнтовані під кутом 90 градусів. Зберігаючи простоту реалізації запірного механізму, такий варіант конструкції має обмеження в застосуванні – тільки для місць зміни трубопроводом свого напрямку.
• Прямоточні – в них потік середовища робиться більш-менш прямолінійним, практично по осі трубопроводу (для мінімізації гідравлічного опору). Але в такій конструкції запірний механізм вимушено орієнтується під кутом до напрямку потоку, що ускладнює його реалізацію і конструкцію.

Будова, схема роботи запірного клапана

Конструкційно запірний клапан (вентиль) виконаний на основі прохідного корпусу, який має два патрубка – вхідний і вихідний. Патрубки клапана виконуються під фланцеве або муфтове (нарізне) кріплення, необхідне для приєднання до трубопроводу. Усередині корпусу, де передбачений поворот прохідного каналу на 90 градусів, на ньому обладнується посадочне гніздо під замикаючий затвор (золотник). Затвор клапана приводиться в рух поворотним шпинделем, який утворює різьбову пару разом з ходовою гайкою. Ходова гайка:

• або розміщується в знімній кришці запірного клапана (в даному випадку різьблення ходової пари шпинделя і гайки знаходиться під впливом робочого середовища, що часто несприятливо впливає на її корозійну стійкість і працездатність);
• або виноситься в зовнішній бугельний вузол (в даному варіанті корозійний вплив робочого середовища на ходову різьбу виключено, її дуже легко і просто обслуговувати (змащувати)).

Обертаючийся шпиндель затвора проходить через кришку клапана (де ущільнюється сальниковим ущільненням або сильфоном), його привід здійснюється керуючим штурвальним колесом (вентилем).

Шпиндель затвора, провертаючись вручну за допомогою керуючого штурвала, приводиться в обертово-поступальний рух в різьбовій парі з ходовою гайкою. При закручуванні поворотного шпинделя, він опускає в посадочне гніздо затвор (золотник), який таким чином перекриває потік середовища. При відгвинчуванні шпинделя, він навпаки, піднімає затвор над сідлом, відкриваючи прохідний перетин внутрішнього каналу клапана.

Сильфонні ущільнення шпинделя клапана (сильфон) застосовуються замість ущільнень сальникового типу в ситуаціях, коли необхідно забезпечити герметичність і працездатність механізму в умовах високих робочих температур, тисків, при роботі з агресивними середовищами. Сильфон це гофрована металева трубка, здатна, за рахунок свого змінання, змінювати свій поздовжній розмір. Закріплений в якості ущільнення до шпинделя, він супроводжує його поступальний рух шляхом власного стиснення або розтягування, тим самим забезпечуючи дуже високу герметичність ущільнення.

Незважаючи на вращательно-поступальний привід через різьбову пару, що передбачає можливість проміжних (частково відкриваючих потік) положень затвора (золотника), запірний клапан (вентильний) призначений для роботи тільки в режимах повного замикання (« повністю закрито ») і повного відмикання (« повністю відкрито »). Для роботи в часткових режимах замикання і відмикання призначені особливі варіанти запірно-регулюючих вентильних клапанів. Крім того, існують конструкції запірних клапанів не з поворотним шпинделем (вентильного типу), а з гладким штоком, якому поступальний рух надається пружинно-важільним, електромеханічним приводом, та ін.

Рис.1 Варіант прохідного запірного клапана. Ходова гайка винесена на зовнішній бугельний вузол.

Рис.2 Варіант реалізації кутового запірного клапана.

Рис.3 Варіант запірного клапана з сильфонні ущільненням (сильфоном)

Переваги та недоліки запірного клапана

Незаперечними достоїнствами запірного клапана є:

1. Здатність забезпечувати високу герметичність замикання, не досяжну в конструкціях трубопровідних заслінок. Що обумовлює можливість їх застосування в системах з дуже великим діапазоном робочих тисків, від вакууму і до 250 МПа (заслінки – максимум до 50 МПа). Можливість застосування в конструкції запірного клапана сильфонного ущільнення дозволяє забезпечувати високу герметичність не тільки запірного вузла, але і всього механізму (фітінга) в цілому.
2. Конструкція вузла замикання клапанного типу малочутлива до змін геометричних розмірів деталей під впливом коливань температур (особливо для вузлів затвор / сідло конусної, а не золотникової форми). Його застосування можливе як на кріогенній апаратурі, так і при високих температурах середовища, до 600 °С включно.
3. Замикання потоку відбувається фактично без тертя в вузлі замикання (затвор/сідло), що обумовлює його тривалий термін служби, що значно перевищує такий у трубопровідних заслінок і кранів.
4. Відсутність тертя в замикаючому вузлі зумовлює наявність відносно низького зусилля управління, в зв'язку з чим вентильні клапани можуть застосовуватися на трубопроводах набагато більшого прохідного перетину, ніж кульові крани.

Але також варто виділити і недоліки запірних клапанів:

1. Порівняно високий гідравлічний опір навіть у повністю відкритому стані, що вимагає обліку і коригування (підвищення) робочого тиску в системі. З цієї причини вентильні клапана не підходять для магістральних трубопроводів, застосовуються переважно на абонентських вводах для споживачів, на водозаборах локальних водопровідних систем, в їх роздільних подаючих або циркуляційних контурах.
2. Клапанна конструкція передбачає можливість руху потоку середовища тільки в одному напрямку (зазвичай позначається на корпусі фітінга стрілкою).
3. Оскільки замикаючий елемент (затвор, золотник) рухається паралельно потоку середовища, долаючи його опір, то з ростом прохідного перетину трубопроводу і тиску (швидкості) середовища, наростає і необхідне управляче зусилля. Із зростанням прохідного діаметру трубопроводу, ускладнюється можливість забезпечення якісної посадки затвора на сідло. Сукупність цих факторів обмежує сферу застосування запірних клапанів вентильного типу трубопроводами з прохідним діаметром до DN250 – DN300.

Підбір запірного клапана

Підбір запірного клапана вентильного типу здійснюється за такими параметрами трубопровідної системи:

• під прохідний діаметр ділянки трубопроводу, де планується монтаж фітінга;
• характер приєднання до трубопроводу – фланцеве або різьбове (муфтове);
• за характером робочого середовища: газове, рідинне, хімічно агресивне;
• по робочому і максимально допустимому тиску в системі, в тому числі для умов вакуумування;
• по максимально допустимій температурі робочого середовища, в тому числі для кріогенних умов.

Запірні клапани Bvalve з сильфонним ущільненням для пара, перегрітої води

Компанія ОПЕКС Енергосистеми, що спеціалізується на виробництві якісного теплообмінного та іншого теплоенергетичного обладнання, для забезпечення його ефективної штатної роботи рекомендує своїм клієнтам користуватися виключно якісною трубопровідною запірною і запірно-регулюючою арматурою. І в такій якості готова запропонувати в своєму асортименті продукцію одного зі своїх комерційних партнерів – відомої європейської (іспанської) компанії BVALVE Flow, Systems & Controls.

У нашому асортименті представлений ряд моделей дуже якісних і надійних запірних клапанів (вентильного типу) з багатошаровим сильфонним ущільненням ТМ Bvalve, придатних для великого діапазону прохідних діаметрів трубопровоов, робочих температур і тисків середовищ, переважно з фланцевою системою кріплення до трубопроводу. Всі наявні в нашому асортименті запірні клапани Bvalve виконані з високо надійним і простим в обслуговуванні бугельним вузлом, сильфон має багатошарову конструкцію, що забезпечує більш 10000 циклів відмикання і замикання клапана. Серед них споживач зможе знайти:

• моделі клапанів, як для найменших (DN15) так і найбільших (DN300) прохідних діаметрів, доступних для даного типу запірної трубопровідної арматури;
• запірну арматуру з герметичними сільфонними ущільненнями, для роботи з перегрітою водою і парою, при робочих тисках до і понад 63 бар;
• запірну арматуру для роботи з самими різними середовищами (водою, нафтопродуктами, стиснутим повітрям і парою, агресивними рідинами і газами), виготовлену з вуглецевої, нержавіючої сталі, різних сортів корозійностійкого чавуну.