Принцип работы предохранительного клапана

Основное назначение предохранительного клапана – защита системы от повышенного давления, которое может привести к ее повреждению или даже разрушению. Клапан сбрасывает излишки рабочей среды при превышении предельного значения ее напора. Сброс происходит в дренажную систему или в атмосферу. После того, как давление в системе упадет до нормального, предохранительный клапан закрывается и сброс прекращается.

Принцип действия клапанов

Принцип работы любого предохранительного клапана чрезвычайно прост. Запирающий элемент прижимается к седлу пружиной. По мере роста давления оно начинает превозмогать силу сжатия пружины, сжимая ее и отодвигая запорный элемент от седла. В открытый просвет устремляются излишки жидкости или газа. По мере выхода напор снижается, пружина отжимает запорный элемент обратно к седлу.

Устройство закрывается и готово к следующему рабочему циклу. Сила сжатия пружины, а, следовательно, порог срабатывания регулируется винтом.

Классификация предохранительных клапанов

Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам.

По принципу действия:

• Прямого. Это классический механический предохранительный клапан.
• Непрямого. Используется датчик давления, автоматика управления, дистанционно управляемый вентиль. Датчик с вентилем могут быть разнесены по разным местам конструкции.

По способу открытия затвора:

• пропорционального (для малосжимаемых рабочих сред);
• двухступенчатые (для газов).

По способу нагружения золотника:

• пружинные;
• рычажно-грузовые;
• магнито-пружинные.

Существуют и другие типы аварийных предохранительных клапанов, применяемых в специальных промышленных установках.

Различия в конструкциях

Устройство различных предохранительных клапанов может различаться. Так, большая часть арматуры выпускается с одним седлом. Можно встретить и конструкции, в которых два седла (и два штока с пружинами) установлены рядом.

По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:

• малого подъема: до 1/20;
• среднего подъема: до 1/4;
• полного подъема: свыше 1/4.

Чем выше степень подъема, тем быстрее срабатывает устройство. Малоподъемные модели применяются для жидкостей, там, где не требуется сбрасывать большие объемы для снижения давления до нормального. В них высота подъема пропорциональна напору среды. Полноподъемные называют также двухпозиционными. Они имеют два положения: «Открыто» и «Закрыто» и предназначены для:

• жидкостных систем высокого давления;
• газов.

Такая конструкция позволяет быстро сбросить значительный объем газа или жидкости и применяется в особо ответственных установках и технологических комплексах.

Самые серьезные конструктивные различия наблюдаются в способах приложения нагружающей силы к запорному органу.

Пружинные клапаны

Наиболее распространены в бытовых системах- водонагревательных, водопроводных, отопительных. Золотник прижимается к седлу силой сжатой пружины. Изменяя степень предварительного сжатия пружины регулировочным винтом, можно настраивать ее на разные предельные значения. Многие модели снабжаются рычагом принудительного ручного открытия затвора для того, чтобы время от времени проверять работоспособность. Для устройств, работающих в опасных и вредных для здоровья средах, ручная контрольная продувка не предусматривается. Пружины, седла и камера устройств, работающих в агрессивных жидкостях и газах, покрывается специальными антикоррозийными покрытиями.

Шток, проходящий через корпус, уплотняется двойным сальником из особо стойких материалов (специальные сорта резины, фторопласт), исключающим в нормальных условиях проникновение агрессивных веществ в помещение.

Рычажно-грузовые клапаны

Такие конструкции для противодействия силе напора используют силу земного притяжения. Они могут монтироваться только в строго определенном производителем положении относительно горизонта и не допущены к применению на транспортных средствах и других подвижных объектах. Вес груза передается через рычаг штоку золотника, уравновешивая его до тех пор, пока давление в трубопроводе ниже порогового.

При больших значениях напора заметно увеличиваются габариты рычагов и грузов. Кроме того, они могут входить в резонанс и создавать высокие уровни вибрации.

Чтобы избавиться от этих эффектов, и применяют двухседельные клапаны, каждый из которых невелик по габаритам и весу. Регулировка таких устройств проводится добавлением или удалением части груза, размещенного на рычаге. Они отличаются стабильностью параметров работы и отсутствием эффекта старения пружин, снижающих их упругость.

Магнито-пружинные клапаны

Современные конструкции относятся к изделиям непрямого действия. Запорный элемент приводится в действие соленоидом. В нормальном положении электромагнит прижимает его к седлу, а по достижении предельного напора автоматика управления отключает напряжение на катушке индуктивности. Давление среды отжимает золотник и затвор открывается.

В другой конструкции прижатие осуществляется мощной пружиной, а по достижении порогового значения напора управляющая команда включает соленоид, и он поднимает клапан.

Существует исполнение, в котором соленоид и прижимает золотник, и отжимает его под действием противоположно приложенного напряжения. В случае отключения питания устройство продолжает работать как обычное пружинное.

Главное преимущество магнитных устройств — для задания порогового значения нет необходимости в физическом доступе к арматуре. Порог можно изменить в настройках программы управления в зависимости от текущей ситуации или особенности данной стадии технологического процесса.

Такие конструкции стоят существенно дороже своих механических аналогов, но многократно окупают себя в сложных промышленных установках с большим чистом параметров и влияющих друг на друга элементов.

Технические требования к предохранительным клапанам

Основное требование, предъявляемое к аварийной арматуре- это надежность и четкость срабатывания. Достигается это за счет:

• Быстрое открытие при достижении порога срабатывания.
• Достаточная пропускная способность при открытии.
• Четкое закрытие при снижении напора до допустимого уровня.
• Гарантия герметичности и отсутствие утечек при нормальном напоре до и после срабатывания.
• Безотказность в течении паспортного срока эксплуатации и проектного числа срабатываний. Стабильность параметров упругих элементов и качества поверхностей золотника и седла.

Вся предохранительная арматура обязательно должна периодически испытываться на работоспособность, целостность и качество уплотнений. Для этого ее демонтируют и направляют в сертифицированную поверочную лабораторию или испытательный центр. Для предохранителей, работающих в сложных установках непрерывного цикла, допускается проверка на месте. Ее проводят методом испытания в действии.

Выбор аварийной арматуры

При проектировании системы водоснабжения, отопления или технологической установки необходимо четко определить предельные значения давления, допустимые для ее компонентов или участков сети. При этом учитываются такие параметры, как:

• производительность бойлера или главного насоса;
• объем и рабочая температура рабочей среды;
• особенности ее циркуляции.

Исходя их этого, определяют тип, сечение, пропускную способность, пороговое значение срабатывания, скорость срабатывания и время возвращения в исходное состояние, а также количество и места монтажа предохранительной арматуры.

В бытовых отопительных системах чаще всего применяются пружинные клапаны. Для жидкостных сред вполне достаточно использовать устройства низкого или среднего подъема. Пропускная способность должна обеспечивать быстрый сброс напора до допустимых величин.

Конструкция корпуса определяется местом сброса излишнего количества рабочей среды. Если она будет сбрасывать непосредственно в окружающую среду- достаточно клапана открытого типа. Если сброс должен происходить в дренаж- потребуется корпус с выходным патрубком соответствующего типа присоединения. Чаще всего используют резьбовой или ниппельное.

Ни в коем случае нельзя приобретать клапан с завышенным относительно расчетного порогом срабатывания. Такое устройство не откроется в нужный момент. Это может привести к повреждению оборудования или даже к полной аварии системы.

• Предохранительные клапаны непрямого действия

• Характеристика клапана непрямого действия

Предохранительные клапаны обычно устанавливаются в напорную линию параллельно. В случае достижения давления настройки предохранительный клапан открывается и пропуская поток (или часть потока) из напорной линии в сливную.

Принцип работы предохранительного клапана

На рисунке показан предохранительный клапана седельного типа.

Основными элементами предохранительного клапана являются:

1. корпус;
2. пружина;
3. запорно-регулирующий элемент;
4. седло.

В исходом состоянии усилие Fпр пружины 2 прижимает запорно-регулирующий элемент (конус) 3 к седлу 4. Напорная линия отделена от сливной.

В случае если сила Fг давления потока на запорно-регулирующий элемент превысит силу Fпр, конус сместится вверх, пропуская поток из напорной линии в сливную.

При отсутствии давления в линии слива величина усилия Fг определяется по формуле:

Fг=Рн×А

Где А - площадь уплотняемой поверхности.

Регулировка давления настройки предохранительного клапана осуществляется путем изменения предварительного поджатия пружины.

Предохранительные клапаны прямого действия

В клапанах прямого действия на запорно-регулирующий с одной стороны действует усилие пружины с противоположной - сила давления жидкости.

Пружину в таких клапанах называют силовой, т.к. именно она оказывает силовое воздействие, удерживающее запорно-регулирующий до момента открытия.

Предохранительный клапан седельного типа, рассмотренный ранее, является примером клапана прямого действия. К этому же типу относят клапаны золотникового типа.

В исходном состоянии золотник 3, установленный в корпусе 1, перекрывает каналы в напорной и сливной линиях. При увеличении силы давления до величины превышающей усилие пружины 2, золотник будет перемещаться вверх, открывая канал для прохода потока из напорной линии в сливную.

Характеристика клапана прямого действия

Характеристика предохранительного клапана прямого действия имеет достаточно большой подъем.

Капаны прямого действия склонны к автоколебаниям. При больших расходах и высоких давлениях размеры пружины должны быть очень большими.

Устройство демпфирования

На работу предохранительного клапана влияют не только статические, но и динамические нагрузки.

Для снижения негативного влияния автоколебаний подпружиненного запорно-регулирующего элемента в предохранительных клапанах прямого действия используют устройства демпфирования.

Наиболее распространенным устройством демпфирования является - демпфирующий поршень, который жестко связан с запорно-регулирующим элементом.

Для демпфирования в поршне может быть выполнен узкий канал или снята лыска, как в примере показанном на рисунке.

Во время движения поршня жидкость движется в малом зазоре. При этом возникает демпфирующее усилие направленное в сторону противоположную движению поршня.

В конструкции большинства современных гидравлических предохранительных клапанов прямого действия присутствует демпфирующий поршень.

Предохранительные клапаны непрямого действия

При увеличении расхода через предохранительный клапан необходимо увеличивать и диаметры подводных каналов и запорно-регулирующего элемента. Вследствие увеличения площади уплотняемой поверхности потребуется и увеличение усилия поджатия пружины, а значит и увеличение самой пружины.

Для обеспечения относительно небольших габаритов клапана при больших значениях расхода используют предохранительные клапаны непрямого действия, состоящие из основного и управляющего клапана.

Клапан управления представляет собой классический предохранительный клапан прямого действия. Этот клапан способен пропустить лишь небольшой расход. Однако при его открытии за счет возникшего перепада давления на постоянном дросселе 6 запорно-регулирующий элемент 5 переместится вверх соединив напорную линию со сливом.

Пружина 4 в этом клапане мягкая, она предназначена для возвращения запорно-регулирующего элемента в исходное состояние.

Настройка клапана осуществляется регулировочным винтом 1, который позволяет изменить предварительное поджатие силовой пружины 2.

Характеристика клапана непрямого действия

Характеристика предохранительного клапана непрямого действия более пологая, клапан этой конструкции имеет меньшие габариты, чем аналогичный клапан прямого действия.

Принцип работы предохранительного клапана водонагревателя

При эксплуатации водонагревателя могут возникнуть аварийные ситуации – вследствие неправильного подключения системы, или технического брака. Для обеспечения надежности работы в систему вставляется предохранительный клапан. Он гарантирует надежную эксплуатацию бойлера и защиту от повреждения в случае внезапного изменения давления при сбое в работе.

Предохранительный клапана состоит из двух элементов: в прямом корпусе расположен обратный, а в его перпендикулярной части предохранительное устройство. Вода поступает в водонагреватель через обратный клапан.

В случае аварийного повышения давления внутри водонагревателя, излишки воды сбрасываются через штуцер в сливную магистраль. Сбоку предусмотрена рукоятка для выпуска воды в ручном режиме.

Устройство обратного клапана

Обратный клапан для водонагревателя служит для предотвращения утечки воды из бойлера, в случае если давлении в водопроводе падает или воду совсем отключают. При первичном заполнении емкости резервуара напор воды открывает пружину запорного элемента, и вода поступает в корпус. При наполнении давление внутри бойлера растет, и как только сравняется с водопроводным, тарельчатый запорный элемент перекрывает доступ воды из водопровода. После этого тэны производят нагрев воды до заданной температуры. Как только откроете кран горячей на раковине или в душе, давление внутри бойлера упадет и вода снова начнет поступать в бойлер.

Герметичность обратного гидроклапана имеет важное значение для обеспечения безопасности эксплуатации водонагревателя. В жилых домах нередки случаи, когда давление в сети падает или прекращается подача воды. При неисправности вода может вытечь из корпуса водонагревателя и тэны будет нагревать воздух внутри.

Если в водонагревателе не предусмотрена автоматика отключающая тэны при сухом нагреве, то это приведет к перегоранию и выходу из строя дорогостоящего оборудования. Особенно это опасно, если в этот момент начнется подача вода, которая попадая на раскаленные тэны, вызовет интенсивное парообразование, что может привести даже к взрыву.

Устройство предохранительной части

Когда мы включаем нагрев воды, то с ростом температуры растет и давление в бойлере. Как только давление превысит значение регулировки пружины в вертикальном ответвлении, клапан откроется и произойдет сброс избыточной воды через штуцер в сливную магистраль. Таким образом предохранительный клапан для водонагревателя, принцип работы которого основан на поддержании нормального давления, обеспечивает безопасное пользование устройством в домашних условиях.

Предохранительный клапан поставляется в комплекте вместе с бойлером. Параметры пружины отрегулированы на расчетное давление при котором происходит работа бройлера. Самостоятельно производить разборку и регулировку пружины категорически воспрещается.

Вы не сможете точно установить параметры, и ваш гидроклапан будет срабатывать или при малом давлении, или при большем, чем то, на которое рассчитана прочность корпуса. Если в первом случае особой опасности нет, просто сброс воды будет происходить раньше, чем она нагреется до заданной температуры.

Ну а во втором случае превышение давления может вызвать серьезные последствия.

Давление внутри сосуда может подняться до критического 5-6 атмосфер, происходит огромное накопление пара и взрыв.

Для перекрытия подачи воды запорный кран можно устанавливать непосредственно перед предохранительным клапаном для водонагревателя. Для сброса воды используют прозрачную пластиковую трубку, которую крепят к штуцеру с помощью хомута. Другой конец трубочки направляют в канализационную систему. Можно конечно поставить ведро для сбора воды, но этой емкости хватит лишь для сбора жидкости при подкапывании. При аварийном сбросе этой емкости может не хватить.

Подсоединение трубопровода от водопровода к предохранительному устройству можно производить гибким армированным шлангом, или с помощью полипропиленовых труб. Поскольку давление в водопроводной сети может без всякой причины повышаться, то можно установить редуктор, ограничивающий колебания напора воды.

Неплохо также установить в систему фильтр для очистки воды от загрязнений. Грязь попадая в бойлер оседает на тэнах и снижает их нагревательную способность. При замене предохранительного клапана, или его ремонте необходимо полностью сливать воду из нагревателя.

Для таких случаев между гидроклапаном и входом в бойлер устанавливают тройник. К тройнику подсоединяется запорный кран и трубопровод, который сливает воду в канализацию. При работе бойлера кран закрыт, а когда надо слить воду, то кран открывают и вода сливается. Такое же устройство устанавливается и на выходе горячей воды. Для защиты от не санкционированного открытия крана, лучше снять рукоятку и хранить ее отдельно.

3 вида предохранительных клапанов для систем отопления

 Устройство клапана

Конструктивными элементами клапанов для предохранения от излишнего давления являются следующие основные элементы:

• корпус
• крышка
• колпак
• затвор
• шток и пружина на нем
• устройство для открытия клапана под «принуждением»

В корпусе на резьбе монтируется так называемое «седло». На него устанавливается золотник. Он фиксируется на оси клапана при помощи направляющей втулки. Седло вместе с золотником образуют затвор. В золотник вставляется шток. Он прижимает золотник к седлу за счет усилия пружины. Степень сжатия пружины регулируется нажимным винтом с контргайкой.

В колпаке размещено устройство принудительного открытия клапана. Оно состоит из рычага, который закрепляется на оси с вилкой. Для полного и быстрого открытия клапана предусмотрено специальное поджимное кольцо. Оно фиксируется отворотом стопорного винта.

Устройство принудительного открывания необходимо для проведения проверки работоспособности оборудования время о времени. Детали предназначенного для использования в жидкостях и газах оборудования покрываются специальным антикоррозийным составом.

Предохранительные клапаны в обязательном порядке проходят ревизию и проверку в специализированных лабораториях. Или непосредственно на месте применения (в случаях невозможности отправить прибор на обследование в лабораторию). Проверяется работоспособность оборудования, целостность деталей, качество уплотнителей. Срок проверки устанавливает организация с соответствующими полномочиями. Ревизия осуществляется по графику. Но не реже одного раза в год. Нужно это в первую очередь для того, чтобы ваша система отопления могла функционировать нормальным образом.

Принцип работы

Принцип работы предохранительного клапана достаточно прост.

Он заключается в следующем. Когда давление достигает того значения давления, при котором происходит срабатывание клапана, он мгновенно и полностью открывается. При этом избыток газа стравливается в газоотводящую линию. Сброс среды прекращается, когда после снижения давления в сосуде золотник возвращается в исходное положение.

Все клапаны, как аварийная арматура, должны быть надежными и иметь четкость срабатывания.