Клапани

Клапани – це механічні пристрої, що керують потоком і тиском в системі або процесі. Вони є важливими компонентами трубопровідної системи, яка транспортує рідини, гази, пари, суспензії і т. д..

Доступні різні типи робочих органів клапанів: затвор, куля, заглушка, диск, діафрагма та інші. Кожен з цих типів має кілька моделей, кожна з яких має свої особливості і функціональні можливості. Деякі клапани працюють самостійно, в той час як інші вручну з механічним, пневматичним або гідравлічним приводом.

Функції клапанів

• Зупинка і запуск потоку
• Зменшення або збільшення потоку
• Керування напрямком потоку
• Регулювання витрати або тиску процесу
• Скидання агенту для зниження тиску тиску

Основні частини клапана

Незалежно від типу, всі клапани мають наступні основні частини: корпус, кришку, внутрішні елементи, привід і ущільнювальний вузол. Основні частини клапана показано на малюнку.

Корпус клапана

Існує безліч конструкцій клапанів, типів і моделей, що мають широкий спектр промислового застосування. Всі вони задовольняють одній або кільком з перелічених вище функцій. Клапани – це дорогі вироби, і важливо, щоб вибрана арматура відповідала призначенню, була виготовлена з правильного матеріалу для технологічної рідини.

Корпус клапана є основною межею клапана по тиску. Він служить головним елементом клапанного вузла, тому що це каркас, який утримує всі деталі разом. Тіло чинить опір навантаженням від тиску рідини зі з’єднувального трубопроводу. Він приєднаний впускним і випускним трубопроводами через різьбові, болтові або зварні з’єднання.

Торці корпусу клапана призначені для з’єднання клапана з трубопроводом або обладнанням різними типами кінцевих приєднань, такими як зварка встик чи в раструб, різьбові або фланцеві.

Корпуси клапанів відливаються або виковуються в різних формах і кожен компонент має певну функцію. Він виготовлений з матеріалу, придатного для цієї функції.

Кришка клапана

Кришка призначена для закривання отвору в корпус. Це друга за важливістю деталь напірного клапана. Як і корпуси клапанів, кришки є в багатьох конструкціях і моделях.

Кришка на корпусі клапана, відлита або викована з того ж матеріалу, що і корпус. Вона звичайно з’єднується з корпусом різьбовим, болтовим або зварним з’єднанням. Під час виготовлення клапана внутрішні компоненти, такі як шток, диск і т. д., поміщаються в корпус, а потім прикріплюється кришка, щоб утримувати всі деталі разом всередині.

У всіх випадках прикріплення кришки до корпусу вважається межею тиску. Це означає, що зварне з’єднання або болти, що з’єднують кришку з корпусом, є деталями які утримують тиск. Кришки клапанів, є необхідністю для більшості клапанів, являють собою найбільш уразливу частину. Вони можуть ускладнити виготовлення клапанів, збільшити розмір, представляти значну частину вартості клапанів і бути джерелом потенційного протікання.

Внутрішнє наповнення клапана

Знімні і змінні внутрішні частини клапана, що контактують з середовищем потоку, в сукупності називаються внутрішнім наповненням клапана. Ці деталі включають сідло клапана, диск, сальники, прокладки, напрямні втулки і внутрішні пружини. Корпус клапана, кришка, набивання і т. д., які також стикаються з текучою середовищем, не вважаються внутрішнім наповненням клапана.

Продуктивність клапана визначається інтерфейсом диска і сідла, положенням диска відносно до сідла. Саме внутрішні деталі дозволяють змінювати напрямок руху рідини та регулювати поток. У конструкціях з обертанням робочий орган рухається відносно сідла, щоб зробити зміну отвору потоку. У конструкціях з ліінійним рухом диск піднімається перпендикулярно від сідла так, що з’являється отвір.

Деталі клапанів можуть бути виготовлені з різних матеріалів з властивостями, які необхідні для витримування різних сил та умов. Втулки і сальники не працюють в тих же умовах, що і диск та сідло клапана.

Властивості текучого середовища, хімічний склад, тиск, температура, витрата, швидкість і в’язкість – ось деякі з важливих умов при виборі відповідних внутрішніх деталей. Наповнення клапана може бути або не бути з таких самих матеріалів, як корпус клапана або кришка.

Диск і сідло клапана

Диск

Диск – це частина, яка дозволяє, дроселювати або зупиняти потік в залежності від його положення. У випадку з пробкою або кульовим краном диск називається пробкою або кулькою. Диск є третьою за значимістю деталлю на кордоні тиску. При закритому клапані на диск подається повний тиск системи, і з цієї причини диск є нагруженим компонентом.

Диски зазвичай ковані, а в деяких конструкціях і з спеціальним покриттям, щоб забезпечити хороші зносостійкі властивості. Більшість клапанів названі відповідно конструкції їхніх дисків.

Сідло

Сідло та ущільнювальні кільця забезпечують посадкову поверхню для диска. Клапан може мати одне або кілька сідел. У разі кульового або поворотньо-зворотнього клапана зазвичай є одне сідло,яке утворює ущільнення для зупинки потоку. У засувки є два сідла: одне з боку верхнього потоку, а інша зі сторони нижнього потоку. Диск засувки має два посадкові поверхні,які стикаються з сідлами клапанів, утворюючи ущільнення для зупинки потоку.

Для підвищення зносостійкості ущільнювальних кілець їх поверхню піддають механічній обробці контактної поверхні ущільнювального кільця. Тонка обробка поверхні зони прилягання необхідна для хорошого ущільнення при закритому клапані. Ущільнювальні кільця зазвичай не вважаються граничними частинами тиску, оскільки корпус має достатню товщину стінки, щоб витримувати розрахунковий тиск, не покладаючись на товщину ущільнюючих кілець.

Шток клапана

Шток клапана забезпечує необхідне переміщення диска, пробки або кулі для відкриття або закриття клапана і відповідає за правильне позиціонування диска. Він з’єднаний з маховичком клапана, приводом або важелем на одному кінці і на іншій стороні з диском клапана. У засувках, задвижках лінійний рух диска необхідний для відкриття або закриття клапана, в той час як в пробках, кульових і дросельних заслонках диск обертається для відкриття або закриття клапана.

Шток зазвичай виковується і з’єднується з диском різьбленням або іншими способами. Щоб запобігти витоку, в області ущільнення необхідна тонка обробка поверхні штока.

Існує п’ять типів штоків клапанів:

• Підйомний шток із зовнішнім гвинтом і хомутом
  Зовнішня частина штока має різьбу, в той час як частина штока в клапані гладка. Різьба штока ізольована від текучого середовища ущільненням штока. Доступні два різних стилі цих конструкцій: один з маховиком, прикріпленим до штоку, щоб вони могли підніматися разом, інший з різьбовою втулкою, яка змушує шток підніматися через маховик. Це звичайна конструкція для великих клапанів.
• Підйомний шток з внутрішнім гвинтом
  Різьбова частина штока знаходиться всередині корпусу клапана, а шток набивається вздовж гладкого ділянки, який піддається впливу атмосфери зовні. У цьому випадку різьба штока стикається з текучою середовищем. При обертанні шток і маховик піднімаються разом, щоб відкрити клапан.
• Непідйомний шток з внутрішнім гвинтом
  Різьбова частина штока знаходиться всередині клапана і не піднімається. Диск клапана переміщується уздовж штока, як гайка, якщо шток обертається. Стрижневі різьблення піддаються впливу текучого середовища і, як такі, що піддаються удару. Ось чому ця модель використовується, коли простір обмежений, щоб дозволити лінійне переміщення. Середовище не викликає ерозії, корозії або стирання матеріалу стрижня.
• Ковзний Шток
  Цей шток клапана не обертається і не повертається. Він ковзає всередину і назовні клапана, щоб відкрити або закрити клапан. Така конструкція використовується в ручних важільних швидковідкривальних клапанах. Він також використовується в регулюючих клапанах, що приводяться в дію гідравлічними або пневматичними циліндрами.
• Поворотний Шток
  Це широко використовувана модель кульових, штекерних і дросельних заслінок. Рух штока на чверть обороту відкриває або закриває клапан.

Ущільнення штока клапана

Для надійного ущільнення між штоком і капотом необхідна прокладка. Ще її називають паковкою. Вона оснащена, наприклад, наступними компонентами:

Сальникова намотка, яка стискає шток, знаходиться в так сальниковій коробці. Сальник представляє собою своєрідну втулку, яка обжимається в сальниковій коробці. Сальникова коробка – це камера, у якій відбувається стиснення набивки.

Важливим аспектом терміну служби клапана є ущільнювальний вузол. Майже всі клапани, такі як стандартні кульові, кульові, засувки, заглушки, дросельні заслінки, мають свій ущільнювальний вузол, заснований на силі зсуву, терті і розрив.

Тому ущільнення клапана повинна бути правильно упаковане, щоб запобігти пошкодження штока і втрату рідини або газу. Коли ущільнювач вкладений дуже пухко, клапан протікає. Якщо дуже щільно, це вплине на рух і можливе ушкодження стрижня.

Хомут клапана і гайка хомута

Хомут

Хомут з’єднує корпус клапана або кришку з виконавчим механізмом. Верхня частина хомута утримує гайку хомута, гайку штока або втулку хомута, і шток клапана проходить через неї. Хомут зазвичай має отвори для доступу до сальникової коробки, ланкам приводу і т. д. Конструктивно хомут повинен бути досить міцним, щоб витримувати сили, моменти і крутний момент, що розвиває привод.

Гайка хомута

Гайка хомута являє собою гайку з внутрішнім різьбленням і поміщається в верхню частину хомута, по якому проходить стрижень. Наприклад, в засувці гайка хомута повертається, і шток переміщується вгору або вниз. У разі кульових клапанів гайка фіксується, а шток обертається через неї.

Привід Клапана

Ручні клапани зазвичай забезпечені маховиком, прикріпленим до штоку клапана, який обертається за годинниковою стрілкою або проти годинникової стрілки, щоб закрити або відкрити клапан. Кулі і засувки відкриваються і закриваються таким чином.

Ручні клапани кульові при чверті повороту відкриваються за допомогою ручки або метелика.

Існують області застосування, в яких неможливо або небажано відкривати клапан в дію вручну за допомогою маховика або важеля. Це такі випадки:

• великі клапани, які повинні працювати проти високого гідростатичного тиску
• клапани, якими керують з віддаленого місця
• коли час ручного відкриття, закриття, дроселювання чи ручного управління клапаном більше, ніж потрібно за критеріями проектування системи

Ці клапани зазвичай оснащені приводом.
Привід в самому широкому визначенні – це пристрій, який виробляє лінійний або обертальний рух штока під дією джерела управління.

Основні приводи використовуються для повного відкриття або повного закриття клапана. Приводи для керування або регулювання клапанів отримують сигнал позиціонування в проміжному положенні. Існує безліч різних типів приводів, але нижче наведені деякі з найбільш часто використовуваних приводів клапанів:

• шестеренчаті
• електромотори
• пневматичні приводи
• гідроприводи
• електромагнітні приводи

Класифікація клапанів

Нижче наведені деякі з широко використовуваних класифікацій клапанів, заснованих на механічному русі:

Триходовий клапан з електроприводом: конструкція, де застосовується

Триходовий клапан з електроприводом – виконавчий пристрій з розподілу потоків середовищ у системах опалення, водо- та холодопостачання, вентиляції, кондиціювання. Зазвичай 3-ходовий клапан та електропривод це два окремі вироби, які підбираються виходячи з вимог до роботи системи.

Управління може здійснюватися через головний контролер або вбудований регулятор з датчиком.

Конструкція

Триходовий клапан з електроприводом може бути змішувальним або розділовим. У змішувальному два патрубки для входу і один для виходу, в розділовому – один вхід і два виходи.

Основними елементами арматури є:

Корпуси арматури виготовляють із латуні, чавуну, нержавіючої сталі. Для побутових опалювальних систем найчастіше використовують латунні з різьбовим приєднанням, рідше чавунні, фланцеві. Як запірно-регулюючий елемент може виступати поворотна напівсфера (пластина), куля або кругла пластина з ущільнювачем (у сідельних клапанах). У поворотних клапанах рух валу обертальний, у сідельних – поступальний.

Електропривод клапана – електродвигун здатний розвивати певне поворотне зусилля передачі на вал. Вони бувають на 220 і 24 В.

Триходові клапани з електроприводом: приклади встановлення

У сучасних системах опалення, кондиціювання, водопостачання вони встановлюються досить часто та вирішують завдання регулювання в автоматичному режимі. По-перше, це зручно для власника будинку, по-друге – значно економиться витрата палива. Розглянемо найбільш типові сфери застосування триходових клапанів із електроприводом на прикладах найбільшого виробника такої продукції шведської компанії ESBE.

Захист твердопаливного котла та ефективне заповнення теплоакумулятора

Триходовий клапан з електроприводом встановлюється на зворотному трубопроводі між твердопаливним котлом та теплоакумулятором. Управління здійснюється за температурою на звороті перед котлом. У лінійці ESBE цікавою комбінацією для цього буде триходовий клапан + контролер із приводом (VRG130 + CRA110). При старті котла гарячий теплоносій піде по малому колу через байпас на обернено. Це запобігає конденсатоутворенню, яке викликає корозію теплообмінника та труб. У міру виходу твердопаливного котла на робочий режим температура в зворотному напрямку підніматиметься і контролер даватиме команди на прикриття байпасу – гарячий теплоносій піде в теплоакумулятор.

Регулювання температури в одиночному контурі теплої підлоги

Триходовий змішувальний клапан з електроприводом встановлюється на подачі в контур теплої підлоги перед циркуляційним насосом. Температура на виході із клапана регулюється за допомогою датчика, встановленого за насосом. Чим вище температура теплоносія від котла, тим більше підмішується холодного теплоносія з теплої підлоги. Температура теплоносія у трубі теплої підлоги має перевищувати температуру 35-45 град. Інакше у мешканців виникатиме дискомфорт у ногах, а при сильному перегріві може статися і руйнування стяжки.

Регулювання температури гріючого середовища на теплообміннику ГВП

У системі гарячого непрямого водопостачання перед пластинчастим теплообмінником встановлюється 3-ходовий клапан із електроприводом. Вимірювальний датчик встановлюється за теплообмінником на трубу подачі гарячої води водоспоживачам. Залежно від температури ГВП клапан з приводом регулюватиме співвідношення теплоносія від теплогенератора і зворотного від пластинчастого теплообмінника.

Розмір 3-ходового клапана підбирається за показником його пропускної спроможності Kvs. Електропривод повинен підходити до клапана, задовольняти за швидкістю регулювання та потужністю. Зазвичай в інструкціях виробників зазначено, яку арматуру слід використовувати в тому чи іншому випадку, а також сумісність клапанів та електроприводів.

В інтернет-магазині UniDim великий вибір двох-, трьох-, чотириходових клапанів та приводів до них. Представлені бренди: ESBE, MUT, WATTS, HERZ, AFRISO, RBM.

Нижче на відео показано як за допомогою програми ESBE можна підібрати 3-ходовий клапан :