Клапан: устройство, виды и применение¶

Клапан — это устройство, регулирующее поток рабочей среды (жидкости, газа, пара) путём изменения проходного сечения канала. Клапаны относятся к классу трубопроводной арматуры и применяются в системах водоснабжения, отопления, нефтегазовой промышленности, двигателестроении и других областях. Принцип действия большинства клапанов основан на перемещении затвора (тарелки, диска, шарика) под действием разницы давлений, пружины или внешнего управляющего воздействия.

¶Общие сведения

Клапаны выполняют функции контроля направления потока, поддержания заданного давления, предотвращения обратного тока среды и защиты оборудования от аварийного повышения давления. В системах трубопроводной арматуры клапаны принято относить к группе запорно-регулирующих устройств, хотя строго говоря, классификация зависит от конкретной задачи.

Основные параметры клапанов:

• Условный проход — номинальный диаметр присоединительного патрубка.
• Номинальное давление — максимальное рабочее давление, на которое рассчитано устройство.
• Пропускная способность — характеристика, определяющая количество среды, проходящей через клапан при заданном перепаде давления.
• Материал корпуса — чугун, сталь, нержавеющая сталь, латунь, пластик — в зависимости от среды и условий эксплуатации.

¶Классификация

¶По назначению

• Обратные клапаны — пропускают поток только в одном направлении, предотвращая обратный ход среды. Широко применяются на насосных станциях, в системах отопления и водоснабжения.
• Предохранительные клапаны — срабатывают при превышении заданного давления, сбрасывая избыток среды. Обязательный элемент котельных установок и компрессоров.
• Регулирующие клапаны — изменяют проходное сечение для поддержания заданных параметров потока (давления, расхода, температуры).
• Запорные клапаны — полностью перекрывают или открывают проход, не предназначены для точного регулирования.
• Распределительные клапаны — направляют поток по нескольким каналам, применяются в гидравлических и пневматических системах.

¶По типу затвора

• Тарельчатые (поворотные) — плоская или седельная тарелка перемещается перпендикулярно оси потока.
• Шаровые — запирающий элемент выполнен в виде шара с отверстием.
• Дисковые (поворотно-дисковые) — диск вращается вокруг оси, расположенной в потоке.
• Клиновые — затвор выполнен в виде клина, прижимаемого к седлам.
• Мембранные — уплотнение обеспечивает гибкая мембрана, что важно для агрессивных сред.

¶По способу управления

• Ручные — привод осуществляется маховиком или рычагом.
• Электрические — оснащены электроприводом.
• Пневматические — управляются сжатым воздухом.
• Гидравлические — используют давление рабочей жидкости.
• Самодействующие — срабатывают автоматически под действием перепада давления среды (обратные и предохранительные клапаны).

¶Устройство обратного клапана

Обратный клапан состоит из корпуса с двумя патрубками, седла, затвора и упругого элемента (пружины). При нормальном направлении потока давление среды преодолевает усилие пружины и отжимает затвор, открывая проход. При реверсе потока затвор прижимается к седлу под действием пружины и обратного давления, перекрывая канал. Время срабатывания обратного клапана измеряется долями секунды, что важно для защиты насосов от гидроудара.

¶Устройство предохранительного клапана

Предохранительный клапан настраивается на определённое давление срабатывания (давление настройки). При достижении рабочего давления этого значения пружина сжимается, поднимая тарелку и открывая сбросной канал. После снижения давления клапан закрывается. Различают пружинные и рычажно-грузовые конструкции. Пружинные применяются на давления до 16 МПа, рычажно-грузовые — на более высоких давлениях. Клапаны подлежат обязательной настройке и периодической поверке.

¶Применение

¶В быту

Водопроводные краны, обратные клапаны на вводе воды, клапаны в системах отопления (термостатические клапаны радиаторов) — наиболее распространённые примеры. Мембранные клапаны используются в стиральных и посудомоечных машинах для управления подачей воды.

¶В промышленности

На нефтегазовых объектах клапаны работают в условиях высоких давлений и агрессивных сред, изготавливаются из легированных сталей и проходят сертификацию по стандартам API и ГОСТ. В энергетике паровые клапаны турбин рассчитаны на давление свыше 10 МПа и температуру пара до 560 °C.

¶В двигателях внутреннего сгорания

Клапаны ДВС (впускные и выпускные) управляют подачей топливовоздушной смеси в цилиндр и отводом отработавших газов. Изготавливаются из жаропрочных сталей, работают при температуре до 800 °C и совершают до 2000 тактов в минуту.

¶Основные производители

В России клапанную арматуру выпускают предприятия «Арматура» (Ковров), «Теплоконтроль» (Москва), «Запорсберег» и другие. На мировом рынке значительную долю занимают Emerson (Fisher), Flowserve, Spirax Sarco, Danfoss.

¶См. также

• Трубопроводная арматура
• Вентиль
• Кран (арматура)
• Гидроудар

¶Источники

• ГОСТ Р 53681-2009. Арматура трубопроводная запорная.
• Справочник по арматуре / под ред. И. И. Лебедева. — М.: Машиностроение.
• Клапаны и задвижки: справочник / А. А. Лопата. — М.: Недра.