Клапан

Эта статья об устройстве управления потоком. Информацию об электронном компоненте см. В разделе « Вакуумная лампа» . Чтобы узнать о компании, производящей видеоигры, см. Valve Corporation . Чтобы узнать о других значениях, см. Valve (значения) .

Эти водяные клапаны управляются поворотными ручками .

Клапан — это устройство или природный объект, который регулирует, направляет или контролирует поток жидкости ( газов, жидкостей, псевдоожиженных твердых веществ или суспензий ), открывая, закрывая или частично перекрывая различные проходы. Технически клапаны являются фитингами , но обычно рассматриваются как отдельная категория. В открытом клапане жидкость течет в направлении от большего давления к меньшему давлению. Слово происходит от латинского valva , движущейся части двери, в свою очередь от volvere , что означает поворачивать, катиться.

Самый простой и очень древний клапан представляет собой просто свободно шарнирную створку, которая откидывается вниз, препятствуя потоку жидкости (газа или жидкости) в одном направлении, но поднимается вверх самим потоком, когда поток движется в противоположном направлении. Это называется обратным клапаном , поскольку он предотвращает или «ограничивает» поток в одном направлении. Современные регулирующие клапаны могут регулировать давление или расход на выходе и работать со сложными системами автоматизации .

Клапаны имеют множество применений, включая управление водой для орошения , промышленное использование для управления процессами, использование в жилых помещениях, например, включение/выключение и контроль давления в посудомоечных машинах, стиральных машинах и кранах в доме. Клапаны также используются в военной и транспортной отраслях. В систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха воздуховодах 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.

Приложения

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, химическое производство и производство пластмасс и во многих других областях.

Люди в развитых странах используют клапаны в своей повседневной жизни, в том числе сантехнические клапаны, такие как краны для водопроводной воды , газовые клапаны на плитах, небольшие клапаны, установленные на стиральных и посудомоечных машинах , предохранительные устройства, установленные на системах горячего водоснабжения , и тарельчатые клапаны в автомобилях. двигатели.

В природе существуют клапаны, например односторонние клапаны в венах, контролирующие кровообращение , и сердечные клапаны, контролирующие поток крови в камерах сердца и поддерживающие правильное насосное действие.

Клапанами можно управлять вручную, с помощью ручки или рукоятки, рычага , педали или колеса. Клапаны также могут быть автоматическими, приводящимися в действие изменениями давления, температуры или расхода. Эти изменения могут воздействовать на диафрагму или поршень , который, в свою очередь, активирует клапан. Примерами клапанов этого типа обычно являются предохранительные клапаны, установленные в системах горячего водоснабжения или котлах .

Более сложные системы управления, использующие клапаны, требующие автоматического управления на основе внешнего сигнала (т. е. регулирования расхода через трубу до изменения заданного значения), требуют привода . Привод будет перемещать клапан в зависимости от его входного сигнала и настройки, позволяя точно позиционировать клапан и контролировать различные требования.

Вариация

Клапаны сильно различаются по форме и применению. Размеры обычно варьируется от 0,1 мм до 60 см. Специальные клапаны могут иметь диаметр, превышающий 5 метров.

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 дозаторы с мини-помпами и аэрозольные баллончики .

Термин «клапан» обычно используется для обозначения тарельчатых клапанов, встречающихся в подавляющем большинстве современных двигателей внутреннего сгорания, например, в большинстве транспортных средств, работающих на ископаемом топливе, которые используются для управления впуском топливно-воздушной смеси и обеспечивают выпуск выхлопных газов.

Типы

Основная статья: Список клапанов

Клапаны весьма разнообразны и могут быть разделены на несколько основных типов. Клапаны также можно классифицировать по способу их приведения в действие:

• Гидравлический
• Пневматический
• Руководство
• Электромагнитный клапан
• Мотор

Компоненты

Схема поперечного сечения открытого шарового клапана :

1. тело
2. порты
3. сиденье
4. корень
5. диск при открытом клапане
6. ручка или маховик, когда клапан открыт
7. капот
8. упаковка
9. сальниковая гайка
10. расход жидкости при открытом клапане
11. положение диска, если клапан был закрыт
12. положение ручки или маховика, если клапан был закрыт

Основными частями клапана самого обычного типа являются корпус и крышка. Эти две части образуют корпус, удерживающий жидкость, протекающую через клапан.

Тело

Корпус клапана представляет собой внешний корпус большей части или всего клапана, который содержит внутренние детали или трим . Крышка — это часть корпуса, через которую проходит шток (см. ниже) и которая образует направляющую и уплотнение для штока. Крышка обычно ввинчивается в корпус клапана или прикрепляется к нему болтами.

Корпуса клапанов обычно металлические или пластиковые . латунь , бронза , бронза , чугун , сталь , легированные стали и нержавеющие стали . Очень распространены В системах с морской водой, таких как опреснительные установки, часто используются дуплексные клапаны, а также супердуплексные клапаны из-за их коррозионно-стойких свойств, особенно в отношении теплой морской воды. Клапаны из сплава 20 обычно используются на заводах по производству серной кислоты, тогда как клапаны из монеля используются на заводах по производству плавиковой кислоты (HF Acid). Клапаны из хастеллоя часто используются в условиях высоких температур, например, на атомных электростанциях, тогда как клапаны из инконеля часто используются в системах с водородом. Пластиковые корпуса используются для относительно низких давлений и температур. ПВХ , ПП , ПВДФ и нейлон, армированный стекловолокном, являются распространенными пластиками, используемыми для изготовления корпусов клапанов.

Капот

Крышка . корпуса клапана выполняет функцию крышки Обычно он полупостоянно ввинчивается в корпус клапана или прикручивается к нему болтами. При изготовлении клапана внутренние детали вставляются в корпус, а затем прикрепляется крышка, которая скрепляет все внутри. Чтобы получить доступ к внутренним частям клапана, пользователь снимает крышку, обычно для технического обслуживания. Многие клапаны не имеют крышек; например, пробковые клапаны обычно не имеют крышек. Многие шаровые краны не имеют крышек, поскольку корпус клапана собран по-другому, например, свинчен в середине корпуса клапана.

Порты

Порты — это каналы, которые позволяют жидкости проходить через клапан. Порты закрыты клапанным элементом или диском для регулирования потока. Клапаны чаще всего имеют 2 порта, но их может быть 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 или привод

Рукоятка используется для ручного управления клапаном снаружи корпуса клапана. Клапаны с автоматическим управлением часто не имеют ручек, но некоторые из них все равно могут иметь ручку (или что-то подобное) для ручного управления автоматическим управлением, например, стопорный обратный клапан . Привод — это механизм или устройство для автоматического или дистанционного управления клапаном снаружи тела. У некоторых клапанов нет ни ручки, ни привода, поскольку они автоматически управляются изнутри; например, обратные и предохранительные клапаны могут не иметь ни того, ни другого.

Диск

Диск клапана

Диск, также известный как клапанный элемент, 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 внутри клапана линейно, либо вращаться на штоке (как в дроссельной заслонке ), либо вращаться на шарнире или цапфе (как в обратном клапане). Шар представляет собой круглый элемент клапана, через который проходит один или несколько путей между отверстиями. Вращая шар, поток можно направить между разными портами. В шаровых кранах используются сферические роторы с цилиндрическим отверстием, просверленным в качестве канала для жидкости. В пробковых клапанах используются цилиндрические или конические роторы, называемые пробками. В роторных клапанах возможны и другие круглые формы роторов, при условии, что ротор можно вращать внутри корпуса клапана. Однако не круглые или сферические диски являются роторами; например, шаровой обратный клапан использует шар для блокировки обратного потока, но не является ротором, поскольку работа клапана не требует вращения шара.

Сиденье

Запорный дроссельный клапан турбины Фрэнсиса на электростанции Гордон, Тасмания.

Шаровой кран

«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. У дисков, которые вращаются, седло всегда соприкасается с диском, но площадь контакта меняется при вращении диска. Сиденье всегда остается неподвижным относительно тела.

Сиденья классифицируются по тому, врезаны ли они непосредственно в корпус или изготовлены из другого материала:

• Жесткие седла являются неотъемлемой частью корпуса клапана. Почти все металлические клапаны с жестким седлом имеют небольшую утечку .
• Мягкие седла устанавливаются на корпус клапана и изготавливаются из более мягких материалов, таких как ПТФЭ или различных эластомеров, таких как NBR , EPDM или FKM, в зависимости от максимальной рабочей температуры .

Закрытый клапан с мягким седлом гораздо менее склонен к утечкам в закрытом состоянии, тогда как клапаны с жестким седлом более долговечны. Задвижки, запорные и обратные клапаны обычно имеют жесткое седло, тогда как дроссельные, шаровые, плунжерные и мембранные клапаны обычно имеют мягкое седло.

Корень

Шток передает движение от рукоятки или управляющего устройства на диск. Шток обычно проходит через крышку , если она имеется. В некоторых случаях шток и диск могут быть объединены в одну деталь или шток и рукоятка объединены в одну деталь.

Движение, передаваемое штоком, может представлять собой линейную силу , вращательный момент или некоторую их комбинацию (угловой клапан с использованием штифта реактивного реактора и узла ступицы). Клапан и шток могут иметь резьбу таким образом, что шток можно ввинчивать в клапан или вынимать из него, поворачивая его в том или ином направлении, перемещая таким образом диск вперед или назад внутри корпуса. уплотнение Между штоком и крышкой часто используется для обеспечения герметичности. Некоторые клапаны не имеют внешнего управления и не требуют штока, как большинство обратных клапанов.

Клапаны, у которых диск находится между седлом и штоком и шток движется в направлении внутрь клапана, закрывая его, имеют обычное седло или переднее седло . Клапаны, седло которых находится между диском и штоком и в которых шток движется в направлении от клапана, закрывая его, имеют обратное или заднее седло . Эти термины не применяются к клапанам без штока или клапанам с роторами.

Прокладки

Прокладки — это механические уплотнения или уплотнения, используемые для предотвращения утечки газа или жидкости из клапанов.

Шарики клапана

Шаровой клапан также используется в тяжелых условиях эксплуатации, при высоком давлении и высоких допусках . Обычно они изготавливаются из нержавеющей стали, титана , стеллита , хастеллоя, латуни или никеля . Они также могут быть изготовлены из различных видов пластика, например , АБС , ПВХ, ПП или ПВДФ.

Весна

Инконель X750 Пружина

Многие клапаны имеют пружину для подпружинивания, которая обычно по умолчанию перемещает диск в определенное положение, но позволяет управлению перемещать диск. В предохранительных клапанах обычно используется пружина, удерживающая клапан закрытым, но допускается чрезмерное давление, заставляющее клапан открыться, несмотря на нагрузку пружины. винтовые пружины Обычно используются . Типичные материалы пружин включают оцинкованную сталь , нержавеющую сталь и инконель X750, предназначенный для применения при высоких температурах.

Подрезать

Внутренние элементы клапана вместе называются тримом клапана . В соответствии со стандартом API 600 «Стальные задвижки с фланцами и приварными концами, крышки с болтовым креплением» трим состоит из штока, посадочной поверхности в корпусе, посадочной поверхности шибера, втулки или наплавленного сварного шва для заднего седла и направляющей отверстия штока. и небольшие внутренние детали, 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).

Рабочие положения клапана

Затвор для охлаждения забортной воды на судовом дизеле . Краны обычно представляют собой шаровые краны, но могут быть и других типов.

клапана Положения — это рабочие условия, определяемые положением диска или ротора в клапане. Некоторые клапаны предназначены для постепенного переключения между двумя или более положениями. Обратные и обратные клапаны позволяют жидкости двигаться в 2 или 1 направлении соответственно.

Двухходовые клапаны

Рабочие положения для 2-ходовых клапанов могут быть либо закрытыми (закрытыми), чтобы поток вообще не проходил, либо полностью открытыми для максимального потока, либо 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 назывались по-разному, например, регулирующие , дроссельные , дозирующие или игольчатые клапаны . Например, игольчатые клапаны имеют удлиненные конически конические диски и соответствующие седла для точного регулирования потока. Для некоторых клапанов может быть механизм, указывающий степень открытия клапана, но во многих случаях используются другие показатели расхода, например отдельные расходомеры .

На предприятиях с дистанционным управлением технологическим процессом, таких как нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, некоторые двухходовые клапаны могут обозначаться как нормально закрытые (НЗ) или нормально открытые (НО) во время обычной работы. Примерами нормально закрытых клапанов являются клапаны для отбора проб , которые открываются только во время отбора пробы. Другими примерами нормально закрытых клапанов являются клапаны аварийного отключения , которые остаются открытыми во время работы системы и автоматически закрываются при отключении питания. Это происходит, когда возникает проблема с блоком или частью жидкостной системы, например, утечка, чтобы изолировать проблему от остальной системы. Примерами нормально открытых клапанов являются клапаны подачи продувочного газа или аварийно-предохранительные клапаны. При возникновении проблемы эти клапаны открываются (путем их «выключения»), вызывая промывку и опорожнение устройства.

Хотя изготавливается множество двухходовых клапанов, в которых поток может течь в любом направлении между двумя портами, когда клапан используется в определенном приложении, часто ожидается, что поток пойдет из одного определенного порта на стороне входа клапана. к другому порту на нисходящей стороне. Регуляторы давления представляют собой разновидности клапанов, в которых поток регулируется для создания определенного давления на выходе, если это возможно. Они часто используются для контроля потока газа из газового баллона . Регулятор обратного давления — это разновидность клапана, в котором поток регулируется для поддержания определенного давления на входе, если это возможно.

Трехходовые клапаны

Схема трехходового шарового крана: Г-образный шар справа, Т-образный слева.

Клапаны с тремя портами выполняют множество различных функций. Здесь перечислены некоторые возможности.

Трехходовые шаровые краны имеют Т- или L-образные каналы для жидкости внутри ротора. Т-образный клапан может использоваться для подключения одного входа к одному или обоим выходам или для соединения двух выходов. Клапан L можно использовать для отключения обоих или подключения одного, но не обоих, двух входов к одному выходу.

Челночные клапаны автоматически соединяют входное отверстие с более высоким давлением с выходным, в то же время (в некоторых конфигурациях) предотвращая поток из одного входного отверстия в другое.

Смесительные клапаны с одной ручкой производят переменную смесь горячей и холодной воды с переменным расходом под контролем одной ручки.

Термостатические смесительные клапаны смешивают горячую и холодную воду для создания постоянной температуры при переменных давлениях и температурах на двух входных отверстиях.

Четырехходовые клапаны

Основная статья: Четырехходовой клапан

4-ходовой клапан — это клапан, корпус которого имеет четыре порта, равномерно расположенных вокруг корпуса, а диск имеет два канала для соединения соседних портов. Он управляется в двух положениях.

Его можно использовать для изоляции и одновременного обхода цилиндра для отбора проб, установленного на линии подачи воды под давлением. Полезно брать пробу жидкости , не влияя на давление в гидравлической системе и избегая дегазации (отсутствие утечек, потерь газа или попадания воздуха, отсутствие внешнего загрязнения).

Контроль

Матрос на корабле управляет штурвалом, управляющим топливным краном .

Многие клапаны управляются вручную с помощью ручки, прикрепленной к штоку. Если ручка между рабочими положениями поворачивается на девяносто градусов, клапан называется четвертьоборотным. Поворотные, шаровые и пробковые клапаны часто представляют собой четвертьоборотные клапаны. Если ручка имеет круглую форму со стержнем в качестве оси вращения в центре круга, то ручка называется маховиком. Клапанами также можно управлять с помощью приводов, прикрепленных к штоку. Это могут быть электромеханические приводы, такие как электродвигатель или соленоид , пневматические приводы, управляемые давлением воздуха , или гидравлические приводы, управляемые давлением жидкости, например масла или воды. Приводы можно использовать для целей автоматического управления, например, в циклах стиральных машин, дистанционного управления, например, при использовании централизованной диспетчерской , или потому, что ручное управление слишком сложно, например, когда клапан очень большой. Для питания привода пневматическим и гидравлическим приводам необходимы линии подачи воздуха или жидкости под давлением: впускная линия и выпускная линия. Пилотные клапаны — это клапаны, которые используются для управления другими клапанами. Пилотные клапаны в линиях исполнительных механизмов контролируют подачу воздуха или жидкости, поступающих к исполнительным механизмам.

в Заправочный клапан бачке унитаза представляет собой клапан, срабатывающий по уровню жидкости. При достижении высокого уровня воды механизм закрывает клапан, который наполняет резервуар.

В некоторых конструкциях клапанов давление самой текучей среды или разница давлений текучей среды между отверстиями автоматически регулирует поток через клапан.

Другие соображения

Клапаны обычно рассчитаны производителем на максимальную температуру и давление. Обычно также идентифицируются смачиваемые материалы в клапане. Доступны некоторые клапаны, рассчитанные на очень высокое давление. Когда проектировщик, инженер или пользователь решает использовать клапан для какого-либо применения, он/она должен убедиться, что номинальная максимальная температура и давление никогда не превышаются, и что смачиваемые материалы совместимы с жидкостью, воздействию которой подвергается внутренняя часть клапана. В Европе конструкция клапана и номинальное давление регулируются законом в соответствии с Директивой об оборудовании, работающем под давлением 97/23/EC (PED).

Некоторые конструкции жидкостных систем, особенно на химических или электростанциях, схематически представлены на схемах трубопроводов и приборов. На таких схемах разные типы клапанов обозначаются определенными символами.

Клапаны в хорошем состоянии не должны иметь утечек. Однако клапаны со временем могут изнашиваться в результате использования и образовывать утечку либо между внутренней и внешней частью клапана, либо, когда клапан закрывается для остановки потока, между диском и седлом. Частица, попавшая между седлом и диском, также может стать причиной такой утечки.

Изображения

• 
  Шаровой клапан
• 
  Клапан, управляемый колесом ( по вертикали)
• 
  Большой дроссельный клапан
• 
  Чугунный дроссельный клапан
• 
  Чугунный дроссельный клапан
• 
  Шаровой кран из хастеллоя
• 
  из нержавеющей стали Задвижка
• 
  Задвижка из нержавеющей стали
• 
  Обратные клапаны из хастеллоя
• 
  Дуплексный шаровой кран
• 
  Задвижка из инконеля
• 
  Вафельный обратный клапан из нержавеющей стали
• 
  Инконель обратный клапан
• 
  Шаровой кран из нержавеющей стали
• 
  Задвижка криогенная 254 СМО
• 
  Обратный клапан из инконеля с наклонным диском, вид изнутри
• 
  Дуплексные шаровые краны
• 
  Криогенная супердуплексная задвижка замерзла во время работы
• 
  Супердуплексные шаровые краны
• 
  Обратный клапан из инконеля с фланцевым соплом или осевой обратный клапан
• 
  Внутренний обратный клапан из хастеллоя, бесфланцевая конфигурация
• 
  Большой обратный клапан из углеродистой стали
• 
  Диск для обратного клапана из сплава, также известного как осевой обратный клапан.
• 
  Шары для шаровых кранов из сплавов
• 
  Вафельный обратный клапан
• 
  Гайки и болты для клапанов из сплава инколой
• 
  Пружины обратного клапана из инконеля
• 
  Шар для титанового шарового крана

См. также

• Шаровой кран – Устройство регулирования расхода
• Керамический клапан – Клапан со специальной керамикой
• Регулирующий клапан – Устройство регулирования расхода
• Клапан цилиндра (значения)
• Распределительный клапан
• Эндобронхиальный клапан медицинский
• Четырехходовой клапан – Устройство регулирования расхода
• Гидростатические испытания . Неразрушающий контроль сосудов под давлением.
• Труба – трубчатая секция или полый цилиндр.
• Трубопроводы - система труб, используемых для транспортировки жидкостей.
• Пластиковые трубопроводы – трубчатая секция или полый цилиндр из пластика.
• Тарельчатый клапан – Тип клапана
• Кран (клапан) – клапан, контролирующий выпуск жидкости или газа.
• Трубки – транспортировка жидкостей. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.
• Клапан баллона с аквалангом - клапан, контролирующий поток дыхательного газа в баллон с аквалангом и из него.
• Тренажер клапана - Устройство для обслуживания устройств контроля потока.
• Стержень клапана – Тип клапана
• Изменение фаз газораспределения - процесс изменения времени подъема клапана.
• Зональный клапан – Тип воды клапана подачи пара

Внешние ссылки

• ISO-15926-4. Архивировано 20 августа 2019 г. в Wayback Machine . Около 500 классификаций и определений оснований клапанов из стандарта ISO 15926 .
• Анимации, показывающие внутреннюю функцию клапанов различных типов , tlv.com
• Поток в известных типах конструкции запорных клапанов. Архивировано 22 ноября 2009 г. на Wayback Machine , home.arcor.de.
• Клапаны: стандартные обозначения схемы трубопроводов и приборов , control.engin.umich.edu
• Справочник Департамента энергетики по основам энергетики, Механические науки, Модуль 4. Клапаны. Архивировано 30 августа 2017 г. в Wayback Machine.