Клапан — это устройство или естественный объект, который регулирует, направляет или контролирует поток текучей среды (газов, жидкостей, псевдоожиженных твердых тел или суспензий ) путем открытия, закрытия или частичного перекрытия различных проходов. Клапаны технически являются арматурой , но обычно рассматриваются как отдельная категория. В открытом клапане жидкость течет в направлении от более высокого давления к более низкому. Слово происходит от латинского valva , движущаяся часть двери, в свою очередь от volvere , поворачивать, катить.
Самый простой и очень древний клапан — это просто свободно откидывающаяся заслонка, которая опускается вниз, чтобы препятствовать потоку жидкости (газа или жидкости) в одном направлении, но сама же струя толкает ее вверх, когда поток движется в противоположном направлении. Это называется обратным клапаном , так как он предотвращает или «проверяет» поток в одном направлении. Современные регулирующие клапаны могут регулировать давление или поток ниже по потоку и работать на сложных системах автоматизации .
Клапаны имеют множество применений, включая управление водой для орошения , промышленное использование для управления процессами, бытовое использование, такое как включение/выключение и управление давлением для посудомоечных и стиральных машин и кранов в доме. Клапаны также используются в военном и транспортном секторах. В воздуховодах HVAC и других потоках воздуха, близких к атмосферному, клапаны вместо этого называются заслонками . Однако в системах сжатого воздуха используются клапаны, наиболее распространенным типом которых являются шаровые краны.
Клапаны используются практически во всех промышленных процессах, включая очистку воды и сточных вод, горнодобывающую промышленность, производство электроэнергии, переработку нефти, газа и нефтепродуктов, производство продуктов питания, химическую промышленность и производство пластмасс, а также многие другие области.
Жители развитых стран в повседневной жизни используют клапаны, в том числе водопроводные клапаны, такие как краны для водопроводной воды , газовые регулирующие клапаны на плитах, небольшие клапаны, установленные на стиральных и посудомоечных машинах , предохранительные устройства, установленные в системах горячего водоснабжения , и тарельчатые клапаны в автомобильных двигателях.
В природе существуют клапаны, например, односторонние клапаны в венах, регулирующие кровообращение , и сердечные клапаны, регулирующие поток крови в камерах сердца и поддерживающие правильное насосное действие.
Клапаны могут управляться вручную, либо ручкой или рукояткой, рычагом , педалью или колесом. Клапаны также могут быть автоматическими, приводимыми в действие изменениями давления, температуры или потока. Эти изменения могут воздействовать на диафрагму или поршень , который в свою очередь активирует клапан, примерами такого типа клапанов, которые обычно встречаются, являются предохранительные клапаны, установленные на системах горячего водоснабжения или котлах .
Более сложные системы управления, использующие клапаны, требующие автоматического управления на основе внешнего ввода (т. е. регулирование потока через трубу в соответствии с изменяющейся уставкой), требуют привода . Привод будет перемещать клапан в зависимости от его ввода и настройки, позволяя точно позиционировать клапан и контролировать различные требования.
Клапаны сильно различаются по форме и применению. Размеры [ неоднозначны ] обычно варьируются от 0,1 мм до 60 см. Специальные клапаны могут иметь диаметр более 5 метров. [ какой? ]
Стоимость клапанов варьируется от простых недорогих одноразовых клапанов до специализированных клапанов, стоимость которых составляет тысячи долларов (США) за дюйм диаметра клапана.
Одноразовые клапаны можно найти в обычных предметах домашнего обихода, включая мини-дозаторы и аэрозольные баллончики .
Термин «клапан» обычно используется по отношению к тарельчатым клапанам, которые имеются в подавляющем большинстве современных двигателей внутреннего сгорания, например, в большинстве транспортных средств, работающих на ископаемом топливе, и которые используются для управления впуском топливовоздушной смеси и обеспечивают выпуск выхлопных газов.
Клапаны весьма разнообразны и могут быть классифицированы на ряд основных типов. Клапаны также могут быть классифицированы по тому, как они приводятся в действие:
Основными частями самого обычного типа клапана являются корпус и крышка. Эти две части образуют оболочку, которая удерживает жидкость, проходящую через клапан.
Корпус клапана — это внешний кожух большинства или всех клапанов, который содержит внутренние детали или отделку . Крышка — это часть кожуха, через которую проходит шток (см. ниже), и которая образует направляющую и уплотнение для штока. Крышка обычно ввинчивается или прикручивается болтами к корпусу клапана.
Корпуса клапанов обычно металлические или пластиковые . Латунь , бронза , бронза , чугун , сталь , легированная сталь и нержавеющая сталь очень распространены. [1] Применения с морской водой, такие как опреснительные установки, часто используют дуплексные клапаны, а также супердуплексные клапаны из-за их коррозионно-стойких свойств, особенно против теплой морской воды. Клапаны из сплава 20 обычно используются на заводах по производству серной кислоты, в то время как клапаны из монеля используются на заводах по производству плавиковой кислоты (HF Acid). Клапаны из хастеллоя часто используются в высокотемпературных приложениях, таких как атомные электростанции, в то время как клапаны из инконеля часто используются в водородных приложениях. Пластиковые корпуса используются для относительно низких давлений и температур. ПВХ , ПП , ПВДФ и армированный стекловолокном нейлон являются распространенными пластиками, используемыми для корпусов клапанов. [ необходима цитата ]
Крышка действует как крышка на корпусе клапана. Обычно она полупостоянно ввинчивается в корпус клапана или прикручивается к нему болтами. Во время изготовления клапана внутренние детали помещаются в корпус, а затем прикрепляется крышка, чтобы удерживать все вместе внутри. Чтобы получить доступ к внутренним деталям клапана, пользователь должен снять крышку, как правило, для обслуживания. Многие клапаны не имеют крышек; например, пробковые клапаны обычно не имеют крышек. Многие шаровые краны не имеют крышек, поскольку корпус клапана собран в другом стиле, например, привинчен в середине корпуса клапана.
Порты — это проходы, которые позволяют жидкости проходить через клапан. Порты перекрываются элементом клапана или диском для управления потоком. Клапаны чаще всего имеют 2 порта, но могут иметь до 20. Клапан почти всегда соединен своими портами с трубами или другими компонентами. Методы соединения включают резьбу , компрессионные фитинги , клей , цемент , фланцы или сварку .
Ручка используется для ручного управления клапаном снаружи корпуса клапана. Автоматически управляемые клапаны часто не имеют ручек, но некоторые могут иметь ручку (или что-то похожее) в любом случае для ручного отключения автоматического управления, например, запорный обратный клапан . Привод — это механизм или устройство для автоматического или дистанционного управления клапаном снаружи корпуса. Некоторые клапаны не имеют ни ручки, ни привода, поскольку они автоматически управляют собой изнутри; например, обратные клапаны и предохранительные клапаны могут не иметь ни того, ни другого.
Диск, также известный как элемент клапана, представляет собой подвижное препятствие внутри неподвижного корпуса, которое регулируемо ограничивает поток через клапан. Хотя традиционно диски имеют форму диска, они бывают разных форм. В зависимости от типа клапана диск может перемещаться линейно внутри клапана или вращаться на штоке (как в дроссельном клапане ), или вращаться на шарнире или цапфе (как в обратном клапане). Шар — это круглый элемент клапана с одним или несколькими путями между портами, проходящими через него. Вращением шара поток может быть направлен между различными портами. Шаровые клапаны используют сферические роторы с цилиндрическим отверстием, просверленным в качестве прохода для жидкости. Пробковые клапаны используют цилиндрические или конические роторы, называемые пробками. [ неоднозначно ] Другие круглые формы роторов также возможны в роторных клапанах, при условии, что ротор может поворачиваться внутри корпуса клапана. Однако не все круглые или сферические диски являются роторами; например, шаровой обратный клапан использует шар для блокировки обратного потока, но не является ротором, поскольку управление клапаном не предполагает вращения шара.
«Седло» — это внутренняя поверхность корпуса, которая контактирует с диском, образуя герметичное уплотнение. В дисках, которые движутся линейно или качаются на шарнире или цапфе, диск соприкасается с седлом только тогда, когда клапан закрыт. В дисках, которые вращаются, седло всегда находится в контакте с диском, но площадь контакта изменяется по мере поворота диска. Седло всегда остается неподвижным относительно корпуса.
Сиденья классифицируются в зависимости от того, врезаны ли они непосредственно в кузов или изготовлены из другого материала:
Закрытый клапан с мягким седлом гораздо менее подвержен утечке при закрытии, в то время как клапаны с жестким седлом более долговечны. Задвижки, шаровые и обратные клапаны обычно имеют жесткое седло, тогда как поворотные, шаровые, пробковые и мембранные клапаны обычно имеют мягкое седло.
Шток передает движение от ручки или управляющего устройства к диску. Шток обычно проходит через крышку , если она присутствует. В некоторых случаях шток и диск могут быть объединены в одну деталь, или шток и ручка объединены в одну деталь .
Движение, передаваемое штоком, может быть линейной силой , вращательным моментом или некоторой их комбинацией (угловой клапан с использованием штифта реактора крутящего момента и узла ступицы). Клапан и шток могут иметь резьбу, так что шток может быть ввинчен в клапан или вывинчен из него путем поворота его в одном или другом направлении, таким образом перемещая диск вперед или назад внутри корпуса. [ неоднозначно ] Между штоком и крышкой часто используется набивка для поддержания уплотнения. Некоторые клапаны не имеют внешнего управления и не нуждаются в штоке, как в большинстве обратных клапанов.
Клапаны, диск которых находится между седлом и штоком, и где шток движется в направлении внутрь клапана, чтобы закрыть его, являются нормально-седловыми или переднеседловыми . Клапаны, седло которых находится между диском и штоком, и где шток движется в направлении наружу из клапана, чтобы закрыть его, являются обратно-седловыми или заднеседловыми . Эти термины не применяются к клапанам без штока или клапанам, использующим роторы.
Прокладки — это механические уплотнения или набивки, используемые для предотвращения утечки газа или жидкости из клапанов.
Шаровой клапан также используется для тяжелых условий эксплуатации, высокого давления и высоких допусков. Обычно они изготавливаются из нержавеющей стали, титана , стеллита , хастеллоя, латуни или никеля . Они также могут быть изготовлены из различных видов пластика, таких как АБС , ПВХ, ПП или ПВДФ.
Многие клапаны имеют пружину для подпружинивания, чтобы обычно сдвигать диск в некоторое положение по умолчанию, но позволять управлению переместить диск. Предохранительные клапаны обычно используют пружину, чтобы держать клапан закрытым, но позволяют избыточному давлению заставить клапан открыться против подпружинивания. Обычно используются спиральные пружины . Типичные материалы пружин включают оцинкованную сталь , нержавеющую сталь и для высокотемпературных применений Inconel X750.
Внутренние элементы клапана в совокупности называются отделом клапана . Согласно стандартам API 600 «Стальные задвижки — фланцевые и приварные встык, крышки на болтах», отдел состоит из штока, посадочной поверхности в корпусе, посадочной поверхности затвора, втулки или наплавленного сварного шва для заднего седла и направляющей отверстия штока, а также небольших внутренних деталей, которые обычно контактируют с рабочей жидкостью, за исключением штифта, который используется для соединения штока с затвором (этот штифт должен быть изготовлен из аустенитной нержавеющей стали).
Положения клапана — это рабочие условия, определяемые положением диска или ротора в клапане. Некоторые клапаны предназначены для работы в режиме постепенного изменения между двумя или более положениями. Обратные клапаны и невозвратные клапаны позволяют жидкости двигаться в 2 или 1 направлении соответственно.
Рабочие положения для 2-ходовых клапанов могут быть либо закрытыми (закрытыми), так что поток вообще не проходит, полностью открытыми для максимального потока или иногда частично открытыми в любой промежуточной степени. Многие клапаны не предназначены для точного управления промежуточной степенью потока; такие клапаны считаются либо открытыми, либо закрытыми. Некоторые клапаны специально разработаны для регулирования различных объемов потока. Такие клапаны называются по-разному, например, регулирующими , дросселирующими , дозирующими или игольчатыми клапанами . Например, игольчатые клапаны имеют удлиненные конические диски и соответствующие седла для точного управления потоком. Для некоторых клапанов может быть механизм, указывающий, насколько открыт клапан, но во многих случаях используются другие показатели расхода, такие как отдельные расходомеры .
На заводах с дистанционно управляемым процессом, таких как нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, некоторые двухходовые клапаны могут быть обозначены как нормально закрытые (NC) или нормально открытые (NO) во время обычной работы. Примерами нормально закрытых клапанов являются пробоотборные клапаны , которые открываются только во время взятия пробы. Другими примерами нормально закрытых клапанов являются аварийные отсечные клапаны , которые остаются открытыми, когда система находится в работе, и автоматически закрываются при отключении питания. Это происходит, когда возникает проблема с блоком или секцией жидкостной системы, например, утечка, чтобы изолировать проблему от остальной части системы. Примерами нормально открытых клапанов являются клапаны подачи продувочного газа или аварийные предохранительные клапаны. При возникновении проблемы эти клапаны открываются (путем их «выключения»), в результате чего блок промывается и опорожняется.
Хотя изготавливается много двухходовых клапанов, в которых поток может идти в любом направлении между двумя портами, когда клапан помещается в определенное приложение, поток часто должен идти из одного определенного порта на стороне входа клапана в другой порт на стороне выхода . Регуляторы давления представляют собой разновидности клапанов, в которых поток контролируется для создания определенного давления на выходе, если это возможно. Они часто используются для управления потоком газа из газового баллона . Регулятор обратного давления представляет собой разновидность клапана, в котором поток контролируется для поддержания определенного давления на входе, если это возможно.
Клапаны с тремя портами выполняют множество различных функций. Некоторые из возможностей перечислены здесь.
Трехходовые шаровые краны поставляются с T- или L-образными жидкостными проходами внутри ротора. T-клапан может использоваться для подключения одного входа к одному или обоим выходам или для подключения двух выходов. L-клапан может использоваться для отключения обоих или подключения любого, но не обоих, из двух входов к одному выходу.
Челночные клапаны автоматически соединяют входное отверстие более высокого давления с выходным отверстием, одновременно (в некоторых конфигурациях) предотвращая поток из одного входного отверстия в другое.
Однорычажные смесители производят регулируемую смесь горячей и холодной воды с переменным расходом, управляя одной ручкой.
Термостатические смесительные клапаны смешивают горячую и холодную воду для получения постоянной температуры при переменном давлении и температуре на двух входных отверстиях.
Четырехходовой клапан — это клапан, корпус которого имеет четыре порта, равномерно распределенных по всему корпусу, а диск имеет два канала для соединения соседних портов. Он работает в двух положениях.
Его можно использовать для изоляции и одновременного обхода пробоотборного цилиндра, установленного на напорной водопроводной линии. Он полезен для взятия пробы жидкости без воздействия на давление гидравлической системы и для предотвращения дегазации (без утечки, без потери газа или попадания воздуха, без внешнего загрязнения)....
Многие клапаны управляются вручную с помощью ручки, прикрепленной к штоку. Если ручка поворачивается на девяносто градусов между рабочими положениями, клапан называется четвертьоборотным клапаном. Дроссельные, шаровые краны и пробковые клапаны часто являются четвертьоборотными клапанами. Если ручка круглая со штоком в качестве оси вращения в центре круга, то ручка называется маховиком. Клапаны также могут управляться приводами, прикрепленными к штоку. Это могут быть электромеханические приводы, такие как электродвигатель или соленоид , пневматические приводы, которые управляются давлением воздуха , или гидравлические приводы, которые управляются давлением жидкости, такой как масло или вода. Приводы могут использоваться для целей автоматического управления, например, в циклах стиральных машин, дистанционного управления, например, использование централизованной диспетчерской , или потому, что ручное управление слишком сложно, например, когда клапан очень большой. Пневматическим приводам и гидравлическим приводам требуются линии сжатого воздуха или жидкости для питания привода: впускная линия и выпускная линия. Пилотные клапаны — это клапаны, которые используются для управления другими клапанами. Пилотные клапаны в линиях приводов управляют подачей воздуха или жидкости, поступающей в приводы.
Клапан наполнения в сливном бачке туалета — это клапан, приводимый в действие уровнем жидкости. Когда достигается высокий уровень воды, механизм закрывает клапан, который наполняет бачок.
В некоторых конструкциях клапанов давление самой протекающей жидкости или разность давлений протекающей жидкости между портами автоматически регулирует поток через клапан.
Клапаны обычно оцениваются производителем по максимальной температуре и давлению. Смачиваемые материалы в клапане обычно также идентифицируются. Некоторые клапаны, рассчитанные на очень высокое давление, доступны. Когда проектировщик, инженер или пользователь решает использовать клапан для приложения, он/она должен/должна гарантировать, что номинальная максимальная температура и давление никогда не будут превышены, и что смачиваемые материалы совместимы с жидкостью, воздействию которой подвергается внутренняя часть клапана. В Европе конструкция клапана и номинальные значения давления подлежат законодательному регулированию в соответствии с Директивой по оборудованию, работающему под давлением 97/23/EC (PED). [2]
Некоторые конструкции жидкостных систем, особенно на химических или энергетических заводах, схематически представлены на схемах трубопроводов и КИП. На таких схемах различные типы клапанов представлены определенными символами.
Клапаны в хорошем состоянии не должны иметь утечек. Однако клапаны могут со временем изнашиваться в процессе эксплуатации и образовывать утечку либо между внутренней и внешней частью клапана, либо, когда клапан закрыт для остановки потока, между диском и седлом. Частица, попавшая между седлом и диском, также может стать причиной такой утечки.
.jpg/1280px-Globe_valve_(rendered).jpg)
