Клапан предохранительный — все о типах, принципе работы и устройстве

Предохранительный клапан — специальное устройство, предназначенное для защиты трубопроводной системы, ее элементов и подсоединенного к ней оборудования от механического разрушения из-за воздействия чрезмерного давления. Он может иметь различную конструкцию и характеристики, работать с разной средой — газообразной, жидкой.

Назначение и устройство предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны — устройства прямого действия, работа которых зависит от движения рабочей среды. Конструкция изделия определяется его типом, но все они используются для защиты трубопровода от избыточного давления путем сброса излишков среды в атмосферу или дренажную систему. После того как показатели давления стабилизируются в заданном диапазоне, сброс прекращается.

Чертеж предохранительного клапана

Давление в трубопроводной системе может повышаться из-за внешних или внутренних причин:

• Влияния наружных источников тепловой энергии.
• Нарушения технологии использования подключенного оборудования, сбои в его работе.

• Проблемы при монтаже системы.

• Механическое повреждение труб и т. п.

Предохранительные клапаны предназначены для стабилизации давления в системе и необходимы на всех участках трубопроводов, где возможно возникновение аварии. Их используют при подключении бытового и промышленного оборудования, работающего с высоким давлением. Основная сфера применения — системы отопления, водо- и газоснабжения, подача сжатого воздуха.

Принцип работы предохранительного клапана

Принцип работы предохранительного клапана основан на работе пружины, прижимающей золотник к седлу. При повышении давления в системе свыше установленного сила притяжения уменьшается, золотник отодвигается, и начинается сброс среды через открывшийся клапан. Это нормализует напор в системе, и, когда давление опустится до допустимого предела, запорный элемент снова будет прижат к седлу.

Для закрытия клапана необходимо снижение давления до отметки в 10-15% ниже уровня нормального давления, поскольку для герметизации системы требуется большее усилие, чем для поддержки его в рабочем положении до открытия.

Классификация предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны различаются по принципу действия на:

• Устройства прямого применения, работающие под воздействием рабочей среды. Они отличаются универсальностью и простотой использования.
• Обратного действия, в которых используются датчики давления и управляемая автоматика. Их работа зависит от применения постороннего источника давления или воздействия электричества.

По виду подъема запорного элемента изделия делятся на:

• Пропорционального действия, применяемые для несжимаемых сред. При повышении давления в системе клапан постепенно открывается, равномерно сбрасывая рабочую среду.
• Двухпозиционные, мгновенно открывающиеся на полный ход при достижении системой избыточных показателей давления. Используются при транспортировке сжимающихся газообразных сред.

По виду нагрузки на золотник предохранительные клапаны могут быть:

• рычажно-грузовыми;
• пружинными;
• магнито-пружинными.

Существуют также специальные аварийные предохранительные устройства, предназначенные для специализированного промышленного оборудования.

Различия в конструкциях

Конструкция предохранительных клапанов может быть различной. Различают изделия с одним седлом или двумя, расположенными рядом друг с другом.

По высоте подъема предохранительные клапаны подразделяются на:

• Малоподъемные, у которых высота подъема составляет примерно 0,05 диаметра седла. Из-за свойственной им минимальной пропускной способности они не используются на промышленных трубопроводах с большим давлением. Они обладают пропорциональным механизмом срабатывания.
• Полноподъемные, с высотой подъема равной или превышающей диаметра седла. Они работают на двухпозиционном механизме, отличаются повышенной пропускной способностью и сложной конструкцией.

Пружинные клапаны

Клапаны пружинного типа применяются в бытовых трубопроводных системах водо-, газоснабжения и отопления. Для прижатия золотника к седлу применяется пружина, регулируемая винтом. Он позволяет настроить предельные значения давления, после достижения которых происходит открытие клапана.

Некоторые модели пружинных клапанов имеют систему принудительного ручного открытия для проверки работоспособности изделия. Но, изделия, предназначенные для работы в опасных условиях среды, не могут оснащаться ручной продувкой.

Эти клапаны применяются в различных условиях среды. Пружины и седла, контактирующие с агрессивными жидкостями и газами, покрываются специальными антикоррозионными составами. Герметичность штока обеспечивается двойным сальниковым уплотнением из фторопласта или резины.

Рычажно-грузовые клапаны

Устройства с подобной конструкцией используют для противодействия силе напору земное притяжение. Вес груза через рычаг переходит к золотнику, уравновешивая его, пока значение давления не опустится до допустимого.

Предохранительный клапан рычажно-грузового типа

Они устанавливаются в определенном положении относительно горизонта (указывается в сопроводительной документации завода-производителя). Не могут применяться на передвижных объектах. Габариты изделия зависят от давления в системе — чем оно выше, тем больше рычаги. Чтобы избежать возникновение вибраций, используются двухседельные предохранительные клапаны небольших габаритов. Для регулировки таких устройств применяются специальные груза на рычаге.

Магнито-пружинные клапаны

Устройства магнитно-пружинного типа обладают обратным действием и приводятся в действие соленоидом. При нормальном давлении в системе электромагнит/мощная пружина прижимает запорный орган к седлу, а при избыточных показателях напора напряжение на катушке автоматически отключается. Это приводит к отжатию золотника и открытию затвора.

Существует исполнение клапана с соленоидом, прижимающим и отжимающим золотник под действием давления с противоположным направлением. При отключении питания оборудование будет работать, как пружинный тип.

Основное преимущество таких устройств — отсутствие необходимости в физическом доступе к системе для задания порогового значения давления. Оно регулируется в параметрах управляющей программы.

Магнитно-пружинные клапаны отличаются надежностью, удобством эксплуатации и возможностью применения в сложных промышленных установках.

Схема и принцип действия предохранительного клапана

Преимущества использования

Предохранительные клапаны применяются для нормализации давления в системе и широко распространены в разных областях промышленности. К их достоинствам можно отнести:

• Длительный срок службы.
• Простота конструкции, подсоединения к трубопроводной системе, эксплуатации.
• Большой выбор рабочих параметров.
• Множество конструктивных вариаций и исполнений для различных рабочих сред, в том числе — агрессивных.
• Использование в разных климатических условиях.
• Возможность установки в горизонтальном или вертикальном положении в зависимости от типа конструкции.

При выборе предохранительного клапана необходимо вычислить предельно допустимые показатели давления. Для этого нужно знать производительность насосного оборудования, объем и рабочую температуру транспортируемой среды, скорость срабатывания. Также выбирается место и метод монтажа на трубопроводе.

Технические требования к предохранительным клапанам

Изделия этого типа изготавливаются в соответствии со следующими нормативными документами:

• ПБ 03-576-03 «Правила безопасности для сосудов и установок давления»
• Американский стандарт для сосудов под давлением «Boiler & Pressure Vessel Code».
• ГОСТ 24570-81 «Национальный стандарт по предохранительным клапанам».

Проектированием и выпуском предохранительных клапанов могут заниматься только компании, имеющие соответствующую аккредитацию. К изготовлению аварийной арматуры предъявляются особые требования, поскольку их неправильная работа может привести к угрозе производственной и общественной безопасности. Все клапаны должны отвечать нормам ГОСТ и ПБ.

Основные технические требования к клапанам — надежность и безотказность.

• Оперативное срабатывание при пороговом значении давления.
• Плотное закрытие клапана при понижении напора.
• Хорошая пропускная способность системы.
• Высокая герметичность.
• Безотказная работа в течение всего гарантийного срока службы и заданного заводом количества срабатывания.