Задвижки, вентили и предохранительные клапаны: конструкция и применение

· Задвижка (шибер) - трубопроводная арматура, в которой запирающий элемент (шибер или диск) перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно направлению потока рабочей среды. Используется преимущественно в качестве запорной арматуры: запирающий элемент находится в крайних положениях "открыто" и "закрыто". Широко применяется в качестве запорной и регулирующей арматуры на газоходах большого диаметра.

Наиболее употребительны задвижки с клиновым затвором. Такая задвижка может иметь один клин, соединенный со шпинделем (рис. 3). В этой конструкции для создания плотного контакта с двусторонним седлом клапана, установленным в корпусе, при опускании шпинделя с клином требуется подгонка клина к двум поверхностям, что выполнить полностью не удается. Более совершенна конструкция, приведенная на рисунке 4, в которой сидящий на шпинделе клин состоит из двух уплотняющих дисков (тарелок).

Рисунок 3. Задвижка с клиновым затвором с цельным клином.

Рисунок 4.Задвижка с клиновым затвором из двух дисков (тарелок).1 — шпиндель; 2 — корпус; 3—распорный гриб;4 — седло;2 — корпус, 5 — уплотняющий диск (тарелка).

· Кран - трубопроводная арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент имеет форму тела вращения (коническая либо шаровая пробка) со сквозным отверстием, открытие или закрытие которого осуществляется путем его поворота внутри корпуса вокруг своей оси, перпендикулярно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды. К такому типу запорной арматуры относится лабораторный трехходовой кран, кран смесителя бытового душа и.т.д.

	Схемы приводной арматуры: а — вентиль; б — задвижка; в — кран.
	Схемы самодействующей арматуры: а – обратный клапан; б – предохранительный клапан.

При опускании шпинделя к уплотняющим кольцам (седлу) задвижки подходят обе тарелки, а окончательная плотность соединения достигается при последующем опускании шпинделя, так как тарелки прижимаются распорными грибками. Такие задвижки применяют как на паре, так и на воде.

· Клапан - трубопроводная арматура, в которой запирающий или регулирующий элемент перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока рабочей среды в седле корпуса арматуры.

· Клапан, в котором запирающий элемент перемещается с помощью винтовой пары и управляется вручную, называется вентилем.

Вентили

Вентиль - трубопроводная арматура, в которой открытие и закрытие прохода для среды осуществляется путем возвратно-поступательного перемещения золотника закрепленного на шпинделе. Нижняя поверхность золотника пришлифована к краям отверстия в корпусе вентиля – к седлу. Шпиндель снабжен резьбой и ввернут в неподвижную втулку. При вращении маховика шпиндель поднимается и опускается вместе с золотником.

Рисунок 5.Запорный проходной вентиль высокого давления:

1 — шпиндель; 2 — полукольцо; 3 — основной клапан (тарелка); 4 — корпус; 5 — седло; 6— разгрузочная тарелка; 7—коническая часть шпинделя; 8 — втулка.

Для открытия вентилей и задвижек высокого давления необходимо преодолевать большие усилия, так как при начальном положении существует большой перепад давлений по обе стороны клапана. Ранее для облегчения открытия применяли обводные трубки малого диаметра с вентилем на них, открыв который выравнивали давление по обе стороны клапана, а затем уже поднимали его. Однако при этом создавались дополнительные участки высокого давления и увеличивалось количество арматуры. В современных конструкциях применяют метод внутренней разгрузки (рис. 5). Вначале поднимается разгрузочный клапан 6 малого диаметра, открывая доступ среде по обеим сторонам основного клапана 3, Подъем клапана 6 идет до упора его в полукольцо 2, в связи с чем начинается уже подъем основного клапана. Для уменьшения возможных утечек воды через сальник на шпинделе 1 имеется коническая поверхность, упирающаяся во втулку крышки при полном открытии вентиля.

При открытом положении вентилей протекающая среда воздействует на клапан (в отличие от задвижек, создающих вместе с седлом плотное соединение). Поэтому в связи с возможным эрозионным воздействием потока на клапан плотность вентилей обычно нарушается быстрее, чем плотность задвижек. В вентилях возможна подача среды или только под клапан, или только на клапан. На трубопроводах вентили следует располагать в соответствии с указателем направления движения среды (стрелки), чтобы не создавать на шпинделе нерасчетных усилий.

Разновидностью этого типа арматуры является диафрагмовые вентили, у которых в качестве запорного элемента используется мембрана. Мембрана фиксируется по внешнему периметру между корпусом и крышкой, выполняет функцию уплотнения корпусных деталей и подвижных элементов относительно внешней среды, а также функцию уплотнения запорного органа. Корпус вентиля покрыт внутри защитным слоем резины или пластмассы. Их широко применяют в коррозионно-активных средах (серная кислота). Недостаток – температурный интервал до 60^оС, отсутствие абразивных частиц.

Запорная арматура (запорные задвижки, клапаны, вентили) должна быть или полностью открыта, или полностью закрыта. Использование ее как регулировочной арматуры приводит к повышенному эрозионному износу деталей и нарушению основного соединения, а в результате — к протечкам. Для регулирования расхода или давления существует специальная арматура – регулировочные вентили.

Регулировочные вентили отличаются от запорных профилем клапана и седла (рис. 6). Односедельный клапан 3 в виде иглы имеет переменное сечение. Он или укреплен на шпинделе 1, или выполнен с ним как одно целое. Седло 2 укреплено на резьбе в корпусе 4 вентиля и имеет расширяющееся сечение. Такой вентиль не может работать без протечек, но этого и не требуется, так как он не запорный. Профилированный клапан-игла позволяет изменять расход среды пропорционально его перемещению.

	Рисунок 6.Рабочая часть регулировочного вентиля для воды: 1- шпиндель; 2- седло; 3- клапан; 4 - корпус.
	Рисунок 7.Рабочая часть регулировочного вентиля для пара

Регулировочные клапаны могут быть и двух седельными (рис. 7). Эта конструкция позволяет разгрузить шток от больших осевых усилий, возникающих в результате разности давлений на входе и выходе. Недостаток клапана — его большая неплотность из-за трудностей обеспечения плотного прилегания двух посадочных поверхностей одновременно, поэтому регулирование расхода при малом подъеме штока становится неудовлетворительным.

На рис. 8 показан регулирующий клапан шиберной конструкции. Такие клапаны применяют как на паре, так и на воде для регулирования питания парогенераторов. Благодаря разности давления по обе стороны шибера он прилегает к седлу и этим достигается его высокая плотность, что особенно важно в БРОУ, так как протечки пара через нее вызывают значительные потери. Для удобства размещения на трубопроводах запорную и регулировочную арматуру выпускают в различных конструктивных вариантах, например существуют специальные угловые вентили и др.