Обратный клапан

Обратный клапан , обратный клапан , обратный клапан , удерживающий клапан , донный клапан или односторонний клапан — это клапан , который обычно позволяет жидкости ( жидкости или газу ) течь через него только в одном направлении. ^[1]

Обратные клапаны представляют собой двухходовые клапаны, то есть они имеют два отверстия в корпусе: одно для входа жидкости, а другое для жидкости выхода . Существуют различные типы обратных клапанов, которые используются в самых разных целях. Обратные клапаны часто являются частью обычных предметов домашнего обихода. Хотя обратные клапаны доступны в широком диапазоне размеров и цен, они обычно очень маленькие, простые и недорогие. Обратные клапаны работают автоматически, и большинство из них не контролируются человеком или каким-либо внешним контролем; соответственно, у большинства из них нет ручки или штока клапана. Корпуса (внешние оболочки) большинства обратных клапанов изготовлены из пластика или металла.

Важным понятием в обратных клапанах является давление открытия , которое представляет собой минимальный перепад давления на входе и выходе, при котором клапан будет работать. Обычно обратный клапан рассчитан на определенное давление открытия и поэтому может быть рассчитан на него.

Техническая терминология

Давление открытия: Относится к минимальному перепаду давления, необходимому между входом и выходом клапана, при котором возникает первый признак потока (постоянный поток пузырьков). Давление открытия также известно как давление открытия (давление) или давление открытия. ^[2]

Давление повторного закрытия: Относится к перепаду давления между входом и выходом клапана во время процесса закрытия обратного клапана, при котором видимая скорость утечки отсутствует. Давление повторного закрытия также известно как давление уплотнения. ^[3] сидячая голова ^[4] (давление) или давление закрытия. ^[5]

Противодавление: давление на выходе из фитинга выше, чем на входе или в точке выше по потоку

Типы

Шаровой обратный клапан

Вперед через отверстие выталкивает шарик, который блокировал дальнюю сторону отверстия, позволяя течь. Движение шара сжимает пружину.

Обратный поток прижимает шарик к отверстию, предотвращая поток наружу через отверстие. Пружина расширяется, помогая удерживать мяч на месте.

Шаровой обратный клапан в открытом положении обеспечивает прямой поток и в закрытом положении блокирует обратный поток.

Шаровой обратный клапан — это обратный клапан, в котором закрывающим элементом, подвижной частью, блокирующей поток, является шар. В некоторых шаровых обратных клапанах шар подпружинен , чтобы удерживать его в закрытом состоянии. Для конструкций без пружины требуется обратный поток, чтобы переместить шар к седлу и создать уплотнение. Внутренняя поверхность основных седел шаровых обратных клапанов имеет более или менее коническую конусность для направления шара в седло и образования надежного уплотнения при остановке обратного потока.

Шаровые обратные клапаны зачастую очень маленькие, простые и дешевые. Они обычно используются в патрубках дозаторов мини-насосов для жидкости или геля, распылительных устройствах, некоторых резиновых грушах для перекачки воздуха и т. д., ручных воздушных насосах и некоторых других насосах , а также в дозирующих шприцах многоразового использования. Хотя шары чаще всего изготавливаются из металла, они могут быть изготовлены и из других материалов; в некоторых специализированных случаях из очень прочных или инертных материалов, например сапфира . В высокопроизводительных насосах для жидкостной хроматографии и аналогичных системах высокого давления обычно используются небольшие впускные и выпускные шаровые обратные клапаны с шариками из (искусственного) рубина и седлами из сапфира. ^[6] или и шар, и сиденье из рубина, ^[7] как по твердости, так и по химической стойкости. После длительного использования такие обратные клапаны могут со временем изнашиваться или на седле может образоваться трещина, требующая замены. Поэтому такие клапаны делаются сменными, иногда помещаются в небольшой пластиковый корпус, плотно вставленный внутрь металлического фитинга , выдерживающего высокое давление и ввинчивающегося в головку насоса. ^{[ нужна ссылка ]}

Существуют аналогичные обратные клапаны, в которых диск представляет собой не шар, а другую форму, например тарельчатый клапан, под действием пружины. Шаровые обратные клапаны не следует путать с шаровыми кранами , которые представляют собой клапан другого типа, в котором шар, вращающийся на штифте, действует как управляемый ротор, останавливающий или направляющий поток.

Мембранный обратный клапан

Мембранный обратный клапан использует гибкую резиновую диафрагму, расположенную таким образом, чтобы создать нормально закрытый клапан. Давление на стороне входа должно быть больше давления на стороне выхода на определенную величину, известную как перепад давления, чтобы обратный клапан открылся и обеспечил поток. Как только положительное давление прекращается, диафрагма автоматически возвращается в исходное закрытое положение. ^[8] Этот тип используется в респираторах (масках) с клапаном выдоха .

Поворотный обратный клапан

Поворотный обратный клапан открывается и закрывается

Обратный клапан с поворотным диском (или обратный клапан с наклонным диском) — это обратный клапан, в котором диск, подвижная часть, блокирующая поток, качается на шарнире или цапфе , либо на седло, чтобы блокировать обратный поток, либо с седла, чтобы обеспечить движение вперед. поток. Поперечное сечение отверстия седла может быть перпендикулярно средней линии между двумя отверстиями или под углом. Хотя поворотные обратные клапаны могут быть разных размеров, большие обратные клапаны часто являются поворотными обратными клапанами. Распространенная проблема, вызываемая поворотными обратными клапанами, известна как гидравлический удар . Это может произойти, когда поворотный затвор закрывается и поток резко прекращается, вызывая скачок давления, приводящий к высокоскоростным ударным волнам, которые воздействуют на трубопроводы и клапаны, создавая большую нагрузку на металлы и вибрацию в системе. Необнаруженный гидравлический удар может привести к разрушению насосов, клапанов и труб внутри системы. ^[9]

Заслонка является в механизме унитаза со смывом примером клапана этого типа. Давление в баке, удерживающее его закрытым, преодолевается путем подъема заслонки вручную. Затем он остается открытым до тех пор, пока бак не опорожнится и заслонка не упадет под действием силы тяжести. Другой разновидностью этого механизма является тарельчатый клапан , используемый в таких приложениях, как пожаротушение и системы пожарной безопасности. Распашные ворота остаются открытыми только в направлении втекания. Клапан-клапан часто также имеет пружину, которая удерживает затвор закрытым при отсутствии давления вперед. Другой пример – обратный клапан (для системы канализации), защищающий от затопления, вызванного обратным потоком сточных вод. Такой риск чаще всего возникает в системах санитарно-дренажной канализации, соединенных с системами общей канализации, а также в системах ливневой канализации. Это может быть вызвано сильными дождями, оттепелью или наводнением.

Обратный клапан-бабочка

Обратный клапан-бабочка представляет собой вариант поворотного обратного клапана, имеющий две шарнирные створки, которые действуют как обратные клапаны и предотвращают обратный поток. Его не следует путать с дроссельной заслонкой с аналогичным названием , которая используется для регулирования расхода и не имеет функции одностороннего потока.

Стоп-обратный клапан

Запорно-обратный клапан — это обратный клапан с блокирующим управлением, позволяющий останавливать поток независимо от направления потока или давления. Помимо закрытия в ответ на обратный поток или недостаточное давление подачи (нормальное поведение обратного клапана), он также может быть намеренно закрыт внешним механизмом, тем самым предотвращая любой поток независимо от давления подачи.

Подъемно-обратный клапан

Подъемно-обратный клапан — это обратный клапан, в котором диск, иногда называемый подъемником , может подниматься со своего седла за счет более высокого давления входной или входной жидкости, чтобы обеспечить поток на выпускную или выходную сторону. Направляющая удерживает диск по вертикальной линии, что позволяет клапану впоследствии правильно установиться на место. Когда давление перестанет быть выше, сила тяжести или более высокое давление на выходе заставит диск опуститься на свое седло, закрывая клапан, чтобы остановить обратный поток.

Линейный обратный клапан

Линейный обратный клапан представляет собой обратный клапан, аналогичный подъемному обратному клапану. Однако этот клапан обычно имеет пружину, которая «поднимается» при наличии давления на стороне входа клапана. Давление, необходимое на стороне входа клапана для преодоления напряжения пружины, называется «давлением открытия». Когда давление, проходящее через клапан, падает ниже давления открытия, пружина закроет клапан, чтобы предотвратить обратный поток в процессе. ^[10]

Клапан «утконос»

Клапан «утконос» — это обратный клапан, в котором поток протекает через мягкую трубку, выступающую в сторону выхода. Противодавление сжимает эту трубку, перекрывая поток.

Пневматический обратный клапан

Пластинчатый клапан

Пластинчатый клапан представляет собой обратный клапан, образованный гибким плоским листом, который герметизирует диафрагму. Давление срабатывания очень низкое, подвижная часть имеет малую массу, что обеспечивает быструю работу, сопротивление потоку умеренное, а уплотнение улучшается с противодавлением. Они обычно встречаются в двухтактных двигателях внутреннего сгорания в качестве впускного клапана для картера и в воздушных компрессорах в качестве впускных и выпускных клапанов для цилиндра (цилиндров). Хотя лепестковые клапаны обычно используются для газов, а не для жидкостей, регулирующие клапаны для очистки воды марки Autotrol спроектированы как набор лепестковых клапанов, использующих преимущества уплотняющих характеристик, избирательно открывающих некоторые язычки для создания пути потока. ^[11]

Проверка потока

Проверка потока — это обратный клапан, используемый в гидравлических системах отопления и охлаждения для предотвращения нежелательного пассивного гравитационного потока. Устройство контроля потока представляет собой простую затворную пробку из тяжелого металла с гравитационным подъемом, предназначенную для низкого гидравлического сопротивления, много десятилетий непрерывной эксплуатации и для самоочистки мелких частиц, обычно встречающихся в гидравлических системах, с уплотняющих поверхностей. Для обеспечения самоочистки пробка обычно не имеет конической формы. Распространенной конструкцией является круглая выемка в грузе, которая надевается на соответствующий узкий выступ на краю отверстия. Применение по своей природе допускает умеренную обратную утечку, идеальная герметизация не требуется. Устройство контроля расхода имеет рабочий винт, позволяющий удерживать клапан в открытом положении, в отличие от управления на запорно-обратном клапане, для облегчения заполнения системы и удаления воздуха из системы. ^[12]

Несколько клапанов

Несколько обратных клапанов могут быть соединены последовательно. Например, двойной обратный клапан часто используется в качестве устройства предотвращения обратного потока чтобы предотвратить попадание потенциально загрязненной воды обратно в муниципальные водопроводы , . Существуют также обратные клапаны с двойным шаром , в которых в одном корпусе последовательно расположены две комбинации шара и седла для обеспечения надежного герметичного закрытия при блокировании обратного потока; а также поршневые обратные клапаны, межфланцевые обратные клапаны и шаровые обратные клапаны.

Приложения

Насосы

Обратные клапаны часто используются с некоторыми типами насосов. В поршневых и диафрагменных насосах, таких как дозирующие насосы и насосы для хроматографии, обычно используются впускные и выпускные шаровые обратные клапаны. Эти клапаны часто выглядят как небольшие цилиндры, прикрепленные к головке насоса на впускной и выпускной линиях. Во многих подобных насосообразных механизмах для перемещения объемов жидкостей используются обратные клапаны, например шаровые обратные клапаны. или Питательные насосы форсунки , подающие воду в паровые котлы, оснащены обратными клапанами для предотвращения обратного потока.

Обратные клапаны также используются в насосах, подающих воду на водные горки . Вода к горке течет по трубе, которая служит башней, удерживающей ступени, ведущие к горке. Когда сооружение с заслонкой закрывается на ночь, обратный клапан прекращает подачу воды по трубе; когда учреждение вновь откроется на следующий день, клапан откроется, и поток возобновится, что снова сделает заслонку готовой к использованию. ^[13]

Промышленные процессы

Обратные клапаны используются во многих жидкостных системах, например, на химических и энергетических заводах , а также во многих других промышленных процессах.

Типичными областями применения в атомной промышленности являются системы контроля питательной воды, линии сброса, подпиточная вода, различные технологические системы, системы N2, а также системы мониторинга и отбора проб. ^[14] В авиации и аэрокосмической отрасли обратные клапаны используются там, где присутствует высокая вибрация, большие перепады температур и агрессивные жидкости. Например, управление движением топлива космических кораблей и ракет-носителей для систем управления реакцией (RCS) и систем ориентации (ACS), а также гидравлических систем самолетов. ^[15]^[16]

Обратные клапаны также часто используются, когда несколько газов смешиваются в один газовый поток. На каждом из отдельных потоков газа установлен обратный клапан, чтобы предотвратить смешивание газов в исходном источнике. Например, если необходимо смешать топливо и окислитель, то как на источниках топлива, так и на источниках окислителя обычно используются обратные клапаны, чтобы гарантировать, что исходные газовые баллоны остаются чистыми и, следовательно, негорючими.

В 2010 году Лаборатория реактивного движения НАСА немного модифицировала простую конструкцию обратного клапана с намерением хранить образцы жидкости, указывающие на жизнь на Марсе, в отдельных резервуарах устройства, не опасаясь перекрестного загрязнения. ^[17]

Бытовое использование

Когда водопровод хозяйственно-питьевого водоснабжения подсоединяется к антисанитарной системе, например, разбрызгивателям газонов, посудомоечной или стиральной машине , используется обратный клапан, называемый предохранителем обратного потока, для предотвращения повторного попадания загрязненной воды в бытовой водопровод.

В некоторые типы оросительных спринклеров и эмиттеров капельного орошения встроены небольшие обратные клапаны, предотвращающие слив воды из линий при отключении системы.

Обратные клапаны, используемые в бытовых системах отопления для предотвращения вертикальной конвекции, особенно в сочетании с солнечными тепловыми установками, также называются гравитационными тормозами.

Системы сбора дождевой воды , которые подключаются к основному водопроводу поставщика коммунальных услуг, могут потребовать установки одного или нескольких обратных клапанов для предотвращения загрязнения первичного водоснабжения дождевой водой.

В гидравлических домкратах используются шаровые обратные клапаны для создания давления на подъемной стороне домкрата.

Обратные клапаны обычно используются в надувных лодках , таких как игрушки, матрасы и лодки. Это позволяет надувать объект без постоянного или непрерывного давления воздуха.

История

Фрэнк П. Коттер разработал «простой самоуплотняющийся обратный клапан, приспособленный для подключения к трубным соединениям без использования специальных фитингов и который можно легко открыть для проверки или ремонта» 1907 г. ( патент США 865631 ).

Никола Тесла изобрел обманчиво простой односторонний клапан для жидкостей в 1916 году, названный клапаном Теслы . Он был запатентован в 1920 году ( патент США 1 329 559 ).

Изображения

Обратные клапаны из хастеллоя
Вафельный обратный клапан из нержавеющей стали
Инконель обратный клапан
Обратный клапан из инконеля с наклонным диском, вид изнутри
Обратный клапан из инконеля с фланцевым соплом или осевой обратный клапан
Это сиамское входное отверстие с клапаном позволяет один или два входа в дренчерную пушку .
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.
Вафельный обратный клапан
Пластиковый обратный клапан
Встроенный гелиевый клапан , используемый в Rolex Sea-Dweller. часах для дайвинга