Двустворчатый обратный клапан

Двустворчатый обратный клапан — это вид трубопроводной арматуры, предназначенный для автоматического предотвращения обратного потока рабочей среды (жидкости, газа, пара) в трубопроводах. Отличительной особенностью конструкции является наличие двух створок (заслонок), шарнирно закреплённых на центральной оси или поворотных пальцах, которые под действием прямого потока открываются, а при его остановке или реверсе — захлопываются под действием собственного веса и/или пружины. Данный тип клапанов также известен как поворотный обратный клапан с двумя дисками или межфланцевый обратный клапан.

Конструкция и принцип действия

Основные элементы

Конструкция двустворчатого обратного клапана включает следующие компоненты:

• Корпус — обычно цилиндрический, с фланцами или проточками под установку между фланцами трубопровода. Изготавливается из чугуна, стали, нержавеющей стали, латуни или полимеров.
• Две створки (диски) — полукруглые или эллиптические пластины, шарнирно закреплённые на центральной оси. При открытии створки складываются, уменьшая гидравлическое сопротивление.
• Ось (шарнир) — центральный стержень, проходящий через корпус, на котором вращаются створки.
• Пружины (опционально) — возвратные пружины кручения или торсионные пружины, обеспечивающие более быстрое и надёжное закрытие створок при падении давления.
• Уплотнительные элементы — резиновые, полиуретановые или металлические кольца на створках или в корпусе для герметизации в закрытом положении.
• Стопорные штифты или ограничители — предотвращают переворот створок за пределы рабочего положения.

Принцип работы

Рабочая среда, движущаяся в прямом направлении, оказывает давление на створки, поворачивая их вокруг оси и открывая проход. При остановке потока или возникновении обратного давления створки под действием силы тяжести и/или пружин возвращаются в исходное положение, перекрывая сечение. Герметизация в закрытом состоянии достигается за счёт прилегания створок к уплотнительным поверхностям корпуса. В отличие от одностворчатых поворотных клапанов, двустворчатая конструкция позволяет уменьшить габариты (особенно длину) и массу изделия, а также снизить гидравлическое сопротивление в открытом положении.

Классификация

По типу присоединения

• Межфланцевые (wafer) — устанавливаются между двумя фланцами трубопровода, фиксируются болтами. Наиболее распространённый тип.
• Фланцевые — имеют собственные фланцы для болтового соединения с ответными фланцами труб.
• Муфтовые — с внутренней резьбой для накручивания на трубу (применяются на малых диаметрах).
• Сварные — привариваются непосредственно к трубопроводу (для стационарных систем высокого давления).

По материалу корпуса

• Чугунные — для систем водоснабжения и отопления с неагрессивными средами.
• Стальные (углеродистая сталь) — для нефтепродуктов, пара, газа.
• Нержавеющие — для пищевых, фармацевтических, химических производств, а также для агрессивных сред.
• Латунные/бронзовые — для сантехники, систем с малым давлением.
• Полимерные (ПВХ, ПП, ПНД) — для химически стойких трубопроводов, канализации.

По типу привода

• Автоматические — срабатывают исключительно под действием потока среды.
• С принудительным закрытием — оснащены пружинами, обеспечивающими более быстрое и надёжное закрытие.
• С гидравлическим или пневматическим приводом — для дистанционного управления (редко, обычно в крупных промышленных системах).

История

Первые прототипы обратных клапанов, предотвращающих обратный поток воды, были известны ещё в Древнем Риме (например, в акведуках). Однако двустворчатая конструкция появилась значительно позже. В конце XIX — начале XX века с развитием паровых машин и централизованного водоснабжения возникла потребность в компактных и надёжных устройствах. В 1930-х годах в США и Европе начали массово применяться поворотные обратные клапаны с одной створкой, но двустворчатый вариант был запатентован в середине XX века как более компактная альтернатива. В СССР такие клапаны начали выпускаться с 1960-х годов (например, клапаны типа 19ч16бр). С 1990-х годов, с развитием импортозамещения и стандартизации, двустворчатые обратные клапаны стали широко использоваться в российских системах тепло- и водоснабжения, нефтегазовой отрасли.

Применение

Двустворчатые обратные клапаны применяются в различных отраслях промышленности и коммунального хозяйства:

• Системы водоснабжения и отопления — для предотвращения слива воды из стояков при отключении насосов, защиты от гидроударов.
• Нефтегазовая промышленность — на трубопроводах нефти, газа, нефтепродуктов, в системах сбора и транспортировки.
• Химическая промышленность — для агрессивных жидкостей и газов (при использовании коррозионностойких материалов).
• Пищевая и фармацевтическая промышленность — в системах подачи воды, сиропов, растворов, где требуется санитарная обработка.
• Энергетика — в системах охлаждения, конденсата, пара.
• Канализация и дренаж — для предотвращения обратного притока сточных вод.
• Противопожарные системы — в спринклерных и дренчерных установках.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Компактность — малая строительная длина (часто равна диаметру трубы).
• Малое гидравлическое сопротивление — благодаря складывающимся створкам.
• Быстродействие — закрытие происходит практически мгновенно при реверсе потока.
• Простота монтажа — межфланцевое исполнение позволяет устанавливать клапан без дополнительных креплений.
• Надёжность — минимальное количество движущихся частей.
• Возможность установки в любом положении (горизонтальном, вертикальном, наклонном).

Недостатки

• Чувствительность к загрязнениям — крупные частицы могут препятствовать полному закрытию створок.
• Ограниченная герметичность — в закрытом положении возможна небольшая утечка (класс герметичности обычно не выше IV по ГОСТ 33260-2015).
• Необходимость пружин — для надёжного закрытия при низком давлении или в вертикальном положении.
• Ограничение по давлению — обычно до 40–50 бар (для стандартных моделей).
• Гидроудар — при резком закрытии створок может возникать гидравлический удар, хотя двустворчатая конструкция менее подвержена этому, чем одностворчатая.

Стандарты и нормативные документы

В Российской Федерации производство и применение двустворчатых обратных клапанов регламентируется рядом стандартов:

• ГОСТ 33260-2015 — «Арматура трубопроводная. Задвижки, клапаны обратные, затворы. Общие технические условия».
• ГОСТ 28338-89 — «Соединения трубопроводов. Проходы условные (номинальные)».
• ГОСТ 356-80 — «Арматура и детали трубопроводов. Давления номинальные (условные)».
• ТУ 3742-001-... — технические условия конкретных производителей.
• СП 30.13330.2020 — «Внутренний водопровод и канализация зданий» (для систем водоснабжения).
• ПБ 03-585-03 — «Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов» (для опасных производственных объектов).

Производители в России и мире

На российском рынке представлены как отечественные, так и зарубежные производители двустворчатых обратных клапанов:

• Российские: «Авангард», «Армагус», «Гидрогаз», «Знамя Победы» (ЗАО «Знамя Победы»), «ТЭЛ» (Трубопроводная Энергетическая Компания), «Полимерпром».
• Зарубежные: Danfoss (Дания), Honeywell (США), Watts (США), Valpres (Италия), Bray International (США), KSB (Германия), Camozzi (Италия).

Интересные факты

• Двустворчатые обратные клапаны часто называют «бабочками» из-за формы створок, напоминающих крылья бабочки в раскрытом положении.
• В системах с высокой температурой (например, пар) створки могут изготавливаться из жаропрочных сплавов, а уплотнения — из графита или металла.
• Для предотвращения гидроудара в некоторых моделях применяются демпфирующие устройства (гидроцилиндры, пружины с регулируемым усилием).
• В космической технике двустворчатые клапаны используются в системах подачи топлива и окислителя благодаря своей компактности и надёжности.

Источники

1. ГОСТ 33260-2015 «Арматура трубопроводная. Задвижки, клапаны обратные, затворы. Общие технические условия».
2. ГОСТ 28338-89 «Соединения трубопроводов. Проходы условные (номинальные)».
3. СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий».
4. Технические каталоги производителей: «Авангард», Danfoss, Honeywell.
5. Учебное пособие «Трубопроводная арматура» / Под ред. В.И. Анурьева. — М.: Машиностроение, 2018.
6. Справочник «Арматура трубопроводная: классификация, конструкция, применение» / А.С. Гусев. — СПб.: Политехника, 2020.