Клапаны предохранительные пружинные. Клапаны предохранительные Как самостоятельно изготовить обратный клапан

Компания «НЕМЕН» реализует предохранительные клапаны, предназначенные для работы в различных средах. Мы предлагаем , которая может быть установлена вертикально на участке трубопровода или котельных агрегатах.

Назначение предохранительной арматуры

Предохранительный клапан — вид арматуры, который предназначен для автоматической защиты трубопроводов и оборудования от превышения давления сверх определенной, заранее установленной величины, путем сброса избыточной массы рабочей среды. Клапан также обеспечивает остановку сброса при восстановлении нормального рабочего давления. Предохранительный клапан — это арматура прямого действия, работающая непосредственно от энергии рабочей среды.

Принцип работы предохранительного клапана

Когда клапан предохранительный находится в закрытом состоянии, на чувствительный элемент арматуры воздействует сила от рабочего давления в трубопроводе, которая стремится открыть клапан, а также препятствующая открытию сила от задатчика. В случае возникновения в системе возмущений, провоцирующих повышение давления среды свыше рабочего, сила прижатия золотника к седлу уменьшается. Когда ее величина равна нулю, наблюдается равновесие активных сил от задатчика и давления среды, одновременно воздействующих на клапан. Если давление в системе продолжает возрастать, запорный орган открывается и происходит сброс избытка среды через клапан. Уменьшение объема среды ведет к нормализации давления в системе и исчезновению возмущающих воздействий. Когда уровень давления опускается ниже предельно допустимого, запорный орган возвращается в исходное положение под воздействием силы от задатчика.

Предохранительные пружинные клапаны

В таких предохранительных клапанах в качестве противодействия давлению рабочей среды на золотник используется сила сжатия пружины. За счет установки различных пружин один и тот же предохранительный пружинный клапан может использоваться для нескольких пределов настройки максимально допустимого давления. В пружинных клапанах отсутствует уплотнение по штоку. Если арматура устанавливается в системах с агрессивной рабочей средой, пружина изолируется с помощью сальниковых устройств, эластичной мембраны или сильфона. Сильфонное уплотнение используется в случаях, когда недопустима утечка рабочей среды из трубопровода.

Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:

рычажно-грузовые ПК;

предохранительные устройства с разрушающимися мембра нами;

Рычажно-грузовые ПК не допускаются к использованию на передвижных сосудах.

Принципиальные схемы основных типов ПК приведены на рисунках 6.1 и 6.2. Груз на рычажно-грузовых клапанах (см. рис. 6.1,6) должен надежно фиксироваться в заданном положении на рычаге после тарировки клапана. Конструкция пружинного ПК (см. рис. 6.1, в) должна исключать возможность затяжки пружины сверх установленной величины и предусматривать устройство для

Рис . 6.1. Принципиальные схемы основных типов предохранительных клапанов:

1 - грузовой с прямым нагружением;б - рычажно-грузовой; в - пружинный с прямым нагружением;1 - груз;2 - рычаг;3 - отводящий трубопровод;4 - пружина.

проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии путем принудительного открывания его во время работы. Устройство пружинного предохрани тельного клапана показано на рис. 6.3. Количество ПК, их размеры и пропускная способность должны рассчитываться так, чтобы в Рис. 6.2. Разрывная предохранительная мембрана не превышала более чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,3 МПа, на

15% - для сосудов с давлением от 0,3 до 6,0 МПа, на 10% - для сосудов с давлением более 6,0 МПа. При работающих ПК допускается превышение давления в сосуде не более чем на 25% при условии, что это превышение предусмот рено проектом и отражено в паспорте сосуда.

Пропускная способность ПК определяется по ГОСТ 12.2.085.

На все предохранительные устройства должны быть паспорта и инструкции по эксплуатации.

При определении размера проходных сечений и количества предохранительных клапанов важное значение имеет расчет пропускной способности клапана на G(в кг/ч). Он выполняется по методике, изложенной в ССБТ. Для водяного пара величина рассчитывается по формуле:

G=10B 1 B 2 α 1 F(P 1 +0,1)

Рис . 6.3. Устройство пружинного

предохранительного клапана:

1 - корпус; 2 - золотник; 3 - пружина;

4 - отводящий трубопровод;

5 - защищаемый сосуд

где bi - коэффициент, учитывающий физико-химические свойства водяного пара при рабочих параметрах перед предохранительным клапаном; может быть определен по выражению (6-7); изменяется от 0,35 до 0,65; коэффициент, учитывающий соотношение давлений перед и за предохранительным клапаном, зависит от показателя адиабатыk и показателя β, при β<β кр =(2-(k+1)) k/(k-1) коэффициент B 2 = 1, показатель β вычисляют по фор муле (6.8); коэффициент B 2 изменяется от 0,62 до 1,00; α 1 - коэффициент рас хода, указываемый в паспортах предохранительных клапанов, для современ ных конструкций низкоподъемных клапанов α 1 = 0,06-0,07, высокоподъем ных - α 1 =0,16-0,17,F - площадь проходного сечения клапана, мм 2 ;Р 1 - максимальное избыточное давление перед клапаном, МПа;

B 1 =0,503(2/(k+1) k/(k-1) *

где V \ - удельный объем пара перед клапаном при параметрах P 1 иТ 1, ) м 3 /кг - температура среды перед клапаном при давлении Р ь °С.

(6.7)

β = (P 2 + 0,1)/(P 1 +0,1), (6.8)

где P 2 - максимальное избыточное давление за клапаном, МПа.

Показатель адиабаты k зависит от температуры водяного пара. При температуре пара 100 °Сk = 1,324, при 200 "Сk = 1,310, при 300 °Сk = 1,304, при 400 "Сk = 1,301, при 500° Ck = 1,296.

Суммарная пропускная способность всех установленных предохранительных клапанов должна быть не менее максимально возможного аварийного притока среды в защищаемый сосуд или аппарат.

Предохранительные мембраны (см. рисунки 6.2 и 6.4) представляют собой специально ослабленные устройства с точно рассчитанным порогом разрушения по давлению. Они просты по конструкции и в то же время обеспечивают высокую надежность защиты оборудования. Мембраны полностью герметизируют сбросное отверстие защищаемого сосуда (до срабатывания), дешевы и просты в изготовлении. К их недостаткам относятся необходимость замены после каждого срабатывания, невозмож ность точного определения давления срабатывания мембраны, что заставляет повышать запас прочности защищаемого оборудования.

Мембранные предохранительные устройства могут устанавливаться вместо рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов, если эти клапаны в условиях конкретной среды не могут быть использованы вследствие их инерционности или других при чин. Они устанавливаются также перед ПК в случаях, когда ПК не могут надежно работать вследствие особенностей воздействия рабочей среды в сосуде (коррозия, кристаллизация, прикипание, примерзание). Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для Увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны могут быть разрывными (см. рис. 6.2), ломающимися, отрывными (рис. 6.4), срезными, выщелкивающимися. Толщину разрывных мембран А (в мм) рассчитывают по формуле:

PD /(8σ вр K t )((1+(δ/100))/(1+((δ/100)-1)) 1/2

где D - рабочий диаметр;Р- давление срабатывания мембраны, σ вр - предел прочности материала мембраны (никель, медь, алюминий и др) при растяжении;К 1 - температурный коэффициент, изменяющийся от 0,5 до 1,8; δ - относительное удлинение материала мембраны при разрыве, %.

Для отрывных мембран величиной, определяющей давление срабатывания,

является диаметр D H (см. рис. 6.4), который рассчитывают как

D н =D(1+P/σ вр) 1/2

Мембраны должны иметь маркировку, установленного Правилами содержания. Предохранительные устройства должны устанавливаться на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к сосуду. При установке на одном патрубке (или трубопроводе) нескольких предохранительных устройств площадь поперечного сечения патрубка (или трубопровода) должна быть не менее 1,25 суммарной площади сечения ПК, установленных на нем.

Не допускается установка какой-либо запорной арматуры меж ду сосудом и предохранительным устройством, а также за ним. Кроме того, предохранительные устройства должны размещаться в местах, удобных для их обслуживания.

Предохранительные устройства . Предохранительные устройства (клапаны) должны автоматически предотвращать повышение давления сверх допустимого путем выпуска рабочей среды в атмосферу или утилизационную систему. Требуется установка не менее двух предохранительных устройств.

На паровых котлах давлением 4 МПа должны устанавливаться только импульсные предохранительные клапаны.

Диаметр прохода (условный), устанавливаемых на котлах рычажно-, ; грузовых и пружинных клапанов, должен быть не менее 20 мм. Допуск уменьшение этого прохода до 15 мм для котлов паропроизводительностью до 0,2 т/ч и давлением до 0,8 МПа при установке двух клапанов.

Суммарная пропускная способность устанавливаемых на паровых котлах предохранительных устройств должна быть не менее номинальной производительности котла. Расчет пропускной способности предельных устройств паровых и водогрейных котлов должен выполняться по 14570 «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования».

Места установки предохранительных устройств определеными. В частности, в водогрейных котлах они устанавливаются на выходных коллекторах или барабане.

Методика и периодичность регулирования предохранительных нов (ПК) на котлах указывается в инструкции по монтажу и эксе Клапаны должны защищать сосуды от превышения в них давления более на 10 % расчетного (разрешенного).

Краткий ответ: Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:

пружинные предохранительные клапаны (ПК);

рычажно-грузовые ПК;

импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного ПК и управляющего импульсного клапана прямого действия;

предохранительные устройства с разрушающимися мембранами;

другие предохранительные устройства, применение которых согласовано с Госгортехнадзором России.

Предохранительный клапан представляет собой защитное устройство, которое предотвращает обратный ход вещества по трубопроводу и выпускает его излишки в область низкого давления или атмосферу. Это незаменимое устройство, так как позволяет сохранить насосы, оборудование и сам трубопровод в случае аварийных ситуаций.

Какими бывают предохранительные клапаны?

Конструкция устройства максимально проста: запорный элемент и задатчик, который обеспечивает силовое напряжение на него. Запорный элемент, в свою очередь, складывается из затвора и седла.

Выделяют несколько разновидностей клапана:

пружинный предохранительный клапан — давлению рабочего вещества противостоит сила сжатой пружины. Величина давления определяется силой сжатия, а диапазон возможной настройки клапана — упругостью детали;
рычажный — рабочее вещество сдерживается с помощью рычажного механизма. Размер, давление и общий диапазон действия определяются весом груза и протяженностью рычага;
малоподъемный — затвор поднимается только на 0,05 диаметра седла. Механизм открытия — пропорциональный. Такие устройства выделяются небольшой пропускной способностью, низкой стоимостью и простым строением;
полноподъемный — затвор поднимается на высоту диаметра седла или чуть больше. Механизм двухпозиционный. Обычно устанавливаются на трубопроводах, по которым двигается пар или сжатый воздух. Выделяется способностью пропускать большое количество рабочего вещества и более высокой стоимостью.

Какими плюсами обладают предохранительные устройства?

максимально простое строение — гарантирует легкость и быстроту ремонта и замены износившихся деталей;
небольшие размеры и малая масса;
широкий ценовой диапазон, который позволяет приобрести изделие по наиболее выгодно стоимости.

Предохранительный клапан позволяет трубопроводу качественно функционировать в условиях повышенного давления и в условиях резких перепадов давления.

Для сброса избыточного давления в атмосферу применяются клапаны предохранительные пружинные, которые представляют собой специальную трубопроводную арматуру, обеспечивающую надежную защиту трубопровода от возникновения неполадок и механических повреждений. Устройство отвечает за автоматический сброс избытка жидкостей, пара и газа из сосудов и систем до того момента, пока давление не будет нормализовано.

Предназначение пружинного клапана

Опасное превышения давления в системе возникает в результате внешних и внутренних факторов. К повышению приводит как неправильный сбор тепломеханических схем, вызывающий сбои в функционировании оборудования, попадание тепла в систему от посторонних источников, так и внутрисистемные физические процессы, которые не предусматриваются стандартными условиями эксплуатации, периодически возникающими в системе.

Предохранительные изделия - обязательная часть любой бытовой или промышленной системы, работающей под давлением. Установка предохранительных механизмов осуществляется на трубопроводах в компрессорных станциях, на автоклавах, в котельных. Клапаны выполняют защитные функции на трубопроводах, по которым транспортируются не только газообразные, но и жидкие вещества.

Устройство и принцип работы пружинных клапанов

Клапан состоит из стального корпуса, нижний штуцер которого используется в качестве соединительного элемента между ним и трубопроводом. Если в системе повышается давление, сброс среды происходит через боковой штуцер. Отрегулированная в зависимости от давления в системе пружина обеспечивает прижимание золотника к седлу. Регулировка пружины происходит посредством специальной втулки, которая вкручена в верхнюю крышку, расположенную на корпусе устройства. Размещенный в верхней части колпак предназначен для защиты втулки от разрушения в результате механических воздействий. Наличие специального ушка для пломбировки позволяет предохранить систему от постороннего вмешательства.

Для клапанов, в которых уравновешивающим механизмом выступает пружина, подбирается усилие рабочего органа. Если параметры подобраны правильно, при нормальном состоянии системы золотник, отвечающий за выпуск излишнего давления из трубопровода, должен быть прижат к седлу. Когда рабочие показатели увеличивается до критического уровня в зависимости от типа пружинного устройства золотник отходит вверх на определенную высоту.

Предохранительный пружинный клапан, обеспечивающий своевременный сброс давления, изготавливают из разных материалов:

Углеродистая сталь. Подобные устройства подходят для систем, давление в которых пребывает в пределах 0,1-70 Мпа.
Нержавеющая сталь. Клапаны из нержавеющей стали рассчитаны на системы, давление в которых не превышает 0,25-2,3 Мпа.

Классификация и характеристики пружинных клапанов

Клапан предохранительный пружинный выпускается в трех исполнениях:

Малоподъемные устройства подходят для систем газопроводов и паропроводов, давление в которых не превышает 0,6 Мпа. Высота подъема такого клапана не достигает более 1/20 диаметра седла
Среднеподъемные устройства , в которых высота подъема золотника составляет от 1/6 до 1/10 от диметра сопла.
Полноподъемные устройства , в которых высота подъема клапана достигает до ¼ от диаметра седла.

Известна классификация клапанов исходя из способа их открывания:

Обратный пружинный клапан. Для управления обратными пружинными клапанами привлекается непрямой посторонний источник давления. Обратные пружинные клапаны, которые называют импульсными предохранительными устройствами, могут работать посредством воздействия электроэнергии.
Прямой клапан. В устройствах прямого типа рабочее давление среды оказывает непосредственное воздействие на золотник, который поднимается при повышении давления.

Выделяют клапаны открытого и закрытого типа . В случае использования устройства прямого типа при открывании клапана среда сбрасывается прямо в атмосферу. Клапаны закрытого типа остаются полностью герметичными по отношению к окружающей среде, сбрасывая давление в специальный трубопровод.

Преимущества

Выделяют различные виды оборудования, обеспечивающего сброс избыточного давления из системы, но клапаны предохранительные пружинные пользуются популярностью благодаря наличию важных преимуществ:

Простота и надежность конструкции.
Легкость осуществления настройки рабочих параметров и удобство монтажа.
Разнообразие размеров, типов и конструктивных исполнений.
Установка предохранительного изделия возможна как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.
Относительно небольшие габаритные размеры.
Большое проходное сечение.

К минусам предохранительных клапанов относят наличие ограничений в высоте подъема золотника, повышенные требования к качеству изготовления пружины для предохранительных клапанов, которая может выйти из строя при работе в условиях агрессивной среды или постоянном воздействии высоких температур.

Как выбрать пружинный клапан?

При выборе предохранителя стоит основываться на нескольких важных принципах, от учета которых зависит бесперебойная работа системы и возможность выполнения предохранителем необходимых функций:

Предохранительные пружинные клапаны обладают наименьшими габаритами по сравнению с другими типами клапанов предохранительных сбросных, поэтому их следует выбирать в тех случаях, когда свободного пространства недостаточно.
Особенности применения клапанов связаны с наличием повышенных вибраций, которые отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики устройства и могут быстро привести его в негодность. Например, устройства рычажно-грузового типа более подвержены поломкам из-за воздействия вибраций в силу наличия в конструкции длинного рычага с весом и шарниров. Поэтому для систем, в которых наблюдаются значительные вибрационные воздействия, стоит выбирать предохранительный пружинный клапан.
В зависимости от особенностей конструкции прибора, пружина со временем может изменять усилие давления. Это связано с тем, что постоянный подъем золотника вызывает изменения в структуре металла.

Нюансы монтажа

Предохранительный клапан пружинного типа устанавливают в любой точке системы, которая подвергается повышенному давлению и находится под угрозой получить механические повреждения. Устройство не требует наличия большого свободного пространства, что является значительным преимуществом по сравнению с другими типами предохранительных устройств.

С целью избежания неполадок в работе перед предохранительным клапаном не следует устанавливать любую запорную арматуру. Для сброса газообразной среды устанавливаются специальные устройства или же сброс происходит непосредственно в атмосферу. Для оповещения персонала вместе с пружинными клапанами монтируют специальный свисток, который размещают на сбросном патрубке. При срабатывании клапана будет поступать сигнал свистка, означающий, что в системе повысилось давление и клапан открылся для сброса среды.

Возможные причины поломок предохранительного клапана

Клапаны предохранительные – это прочные и надежные устройства, обеспечивающие постоянную защиту систем от превышения давления. Прямой или обратный пружинный клапан выходят из строя по нескольким причинам:

Наличие повышенных вибраций;
Постоянное воздействие агрессивной среды на предохранительный дроссель.
Неправильная установка предохранительного пружинного дросселя или клапана.

С целью избегания аварий и неисправностей в функционировании систем предохранительные клапаны проходят периодические проверки на наличие неполадок. Клапаны тестируют на прочность и плотность перед введением в эксплуатацию. Также периодические проверки проводятся с целью определения герметичности уплотнительных поверхностей и сальниковых соединений.

При правильном выборе предохранительных устройств с учетом параметров системы, проведении периодических проверок и своевременном устранении неисправностей предохранительные пружинные клапаны обеспечат надежное функционирование системы и безотказную защиту от превышения давления на протяжении длительного времени.

Предохранительный клапан представляет собой трубопроводную арматуру, которая защищает оборудование и трубопроводы высокого давления от механических повреждений и различного рода разрушений в результате возникновения аварийных ситуаций. Достигается это посредством выпуска избыточного количества жидкости, газа или пара из системы, а также сосудо в, в которых образуется чрезмерное давление. К тому же, данный клапан предотвращает сброс рабочей среды, когда номинальное давление восстанавливается.

Клапан предохранительный – это механизм, функционирующий в непосредственном контакте с рабочей средой вместе с другими конструкциями, выполняющими функцию защитной арматуры, в том числе, регуляторами давления.

Основные типы клапанов и их предназначение

Все предохранительные изделия могут отличаться между собой по целому ряду параметров, в зависимости от конструкционных особенностей, а именно:

По типу замыкающего клапана:
- пропорциональный;
- двухпозиционный.
По высоте подъема замыкающего органа:
- малоподъемные;
- среднеподъемные;
- полноподъемные.
В зависимости от типа нагрузки на золотник:
- пружинные;
- рычажные;
- рычажно-пружинные;
- магнитно-пружинные.

Также предохранительные клапаны могут отличаться по характеру работы и представлять собой устройства прямого или непрямого действия. Первые считаются классическими предохранительными механизмами, а вторые относятся к классу импульсных приборов. Наиболее часто используемая в промышленности модификация – это угловой предохранительный дроссель пружинного типа.

Высокое давление (вернее его избыток) может возникать в системе по разным причинам, вызванным физическими внутренними процессами или же другими внешними факторами, такими, например, как:

неисправности в работе оборудования;

нежелательное поступление тепла извне;

ошибки при сборе тепломеханической схемы. Предохранительный клапан зачастую устанавливается в тех местах, где существует вероятность возникновения таких осложнений. Данные устройства совместимы практически с любым оборудованием, но наиболее востребованы они при использовании с бытовыми или промышленными резервуарами, работающими в условиях высокого давления.

Пружинный тип предохранительного клапана

Пружинные предохранительные клапаны защищают оборудование, и тем самым предотвращают его разрушение, в результате превышения давления выше нормы. Они используются на котлах, различных резервуарах, емкостях, трубопроводах и выполняют функцию сброса рабочей среды. Излишки могут быть выброшены просто в атмосферу или же в специальную отводящую трубопроводную систему. После того как давление нормализируется, клапан закрывается. Главными характеристиками предохранительного пружинного клапана являются его пропускная способность, а также значение давления срабатывания. Последнее настраиваться на специальном оборудовании в заводских условиях, а для тестирования работы устройства, либо удаления грязи, скапливающейся по ходу эксплуатации, клапаны имеют устройство, позволяющее открывать вручную данный прибор, хотя некоторые модификации могут обходиться и без него. Для эффективной и надежной эксплуатации клапана в газообразной среде, в его конструкции может присутствовать устройство принудительного обдува. В пружинных клапанах давлению среды на затворе противостоит степень сжатия пружины. Именно она определяет силу срабатывания, а от упругости используемой пружины зависит диапазон регулировок. Широкую популярность данная арматура получила за счет своей простой конструкции, легких настроек и широкого ассортимента данной продукции. Всё это позволяет подбирать наиболее подходящую модель для эксплуатации в конкретных условиях. Предохранительный дроссель монтируется вертикально. Элементом запирания в устройстве пружинного клапана выступает дисковый затвор. Специальное приспособление, наряду с пружиной задает прижимную силу и в случае возникновения избыточного давления, заявленной прижимной силы не хватает для удержания среды. В результате происходит процесс удаления её излишков из системы до тех пор, пока уровень давления не нормализуется до исходного уровня. Узнать больше об устройстве и особенностях конструкции конкретного пружинного клапана, можно изучив его паспорт. Основными его компонентами являются запорный орган, состоящий из затвора и седла, а также задатчик. Задатчик позволяет настраивать клапан. Очень важно, чтобы золотник вплотную прилегал к седлу и препятствовал утечкам. Такие настройки осуществляются с помощью винта. Затвор, как правило, закрывается при появлении давления, которое меньше чем рабочее на 10%.

Предохранительные клапаны рычажного типа

Рычажным клапаном называют устройство, в котором запорный орган герметизируется с помощью пружины или груза. Предназначение таких клапанов неизменно – сброс лишнего объема рабочей среды в случае чрезмерного повышения давления. Настраивают рычажный клапан так, чтобы при нормальных показателях давления, положение затвора всегда оставалось закрытым. Золотник клапана ощущает давления сразу двух сил – это могут быть груз или пружина, а также непосредственно рабочее вещество. Груз фиксируется на плече рычага и его вес передается на шток клапана. При заранее определенных параметрах давления, сила прижимания затвора к седлу должна быть выше, чем сила давления рабочей среды и, соответственно, клапан удерживается в закрытом положении. При повышении давления, в определенный момент прижимная сила становятся равнозначной ей и именно в этот момент клапан открывается. В период, когда клапан открыт, выполняется забор лишней рабочей среды, вследствие чего снижается давление в системе. После этого затвор опять прижимается к седлу и клапан закрывается. Подавляющее большинство рычажных клапанов выполнены в виде углового корпуса (угол расположения штуцеров составляет 90 градусов). Но бывают и такие конструкции, в которых штуцеры расположены на одной оси. Данный корпус называется проходным. Основным предназначением рычажных клапанов является защита от всевозможных аварийных ситуаций. В связи с этим данный вид арматуры считается особенно важным ответственным узлом. Как и любое другое изделие, рычажные клапаны должны соответствовать определенным требованиям:

срабатывание при возникновении избыточного давления должно осуществляться быстро и без каких-либо осложнений, а при снижении его показателей до нормы, клапан обязан вернуться в закрытое положение;
пропускная способность отдельно взятого клапана должна быть достаточной и равноценной количеству подаваемой рабочей среды.