Предохранительная арматура необходима для сброса избыточного давления в сосудах, котлах, трубопроводах, в системах отопления и т.д.
Существует несколько видов предохранительных клапанов отличающихся по принципу действия. Эта информация не даст исчерпывающий ответ на то как выбрать предохранительный клапан. Для подбора предохранителя требуется учитывать не принцип работы, а много других характеристик: давление, диаметр, температуру среды, пропускную способность и пр. Об этом у нас есть огромная статья от кандидата технических наук Елены Юрьевны Тумановой. В ней подробно рассказано все про предохранители на примере использования на сосудах и аппаратах.
Далее поэтапно покажем как предохранительный клапан выпускает излишки пара или другой рабочей среды.
Содержание
Как происходит сброс давления
По данным из книги Расчёт и конструирование трубопроводной арматуры процесс работы клапана можно разделить на 5 этапов:
- Первый этап — давление в норме
Давление в объекте и в клапане равно рабочему, при этом клапан закрыт плотно.
- Второй этап — давление возрастает
Давление растет до Величины P=K0P0, где K0 — коэффициент перегрузки клапана; P0 — номинальное (начальное) давление в установке, При этом усилие в пружине равно усилию от давления среды. В связи с исчезновением силового взаимодействия между уплотняющими кольцами имеет место интенсивная протечка среды при отсутствии видимого хода тарелки клапана.
- Третий этап — рост давления
Давление среды возрастает свыше K0P0, тарелка клапана приподнимается над седлом и начинается пропуск излишней среды. По мере возрастания давления тарелка клапана перемещается вверх, а расход среды увеличивается.
- Четвертый этап — сброс давления
Со сбросом давление в объекте снижается и достигает величины, при которой происходит посадка тарелки клапана на седло. Это давление обычно ниже давления, при котором начинается подъем тарелки и зависит от особенностей конструкции предохранительного клапана. Тарелка клапана садится на седло, по мере снижения давления плотность замка клапана повышается и протечка среды уменьшается.
- Пятый этап — закрытие клапана
При достижении рабочего давления клапан плотно закрывается и протечка среды уменьшается.
Посмотрите видео срабатывания и настройки клапана рычажного
Рычажные (рычажно-грузовые)
Принцип работы рычажно-грузового предохранительного клапана состоит в противодействии усилию на золотник от давления рабочей среды — силы от груза, передаваемой через рычаг на шток клапана. Основой механизма данного типа клапанов является рычаг и подвешенный на него груз.
Срабатывание устройства зависит от веса груза и его местонахождения на рычаге. Чем больше вес и чем дальше на рычаге он находиться, тем при более высоком давлении срабатывает клапан. Рычажные клапана настраиваются на давление открытия путем перемещением груза по рычагу (возможно изменение веса груза). Рычаги также используют для ручной продувки клапана. Рычажные клапана запрещено использовать на передвижных тепловых устройствах.
Для герметичного закрытия сёдел больших диаметров требуются тяжелые грузы на длинных рычагах, что может вызвать сильную вибрацию устройства. В этих обстоятельствах используют клапана, внутри которых сечение сброса среды образовано двумя сёдлами, которые перекрываются двумя золотниками при помощи двух рычагов с грузами. Использование указанных двухрычажных клапанов с двумя затворами, что позволяет уменьшить массы груза и длины рычагов, обеспечивая нормальную работу системы.
Настройка рычажно-грузового клапана, как уже было отмечено выше, осуществляется при помощи перемещения груза по рычагу. После того, как необходимое давление было настроено, груз фиксируется болтами, накрывается защитным кожухом и закрывается на замок. Это делается для исключения несанкционированного изменения настроек. В качестве груза зачастую используются фланцы.
Как работают пружинные предохранительные клапаны
В пружинных клапанах давлению среды на затворе противостоит степень сжатия пружины. Именно она определяет силу срабатывания, а от упругости используемой пружины зависит диапазон регулировок.
Теплоноситель оказывает давление на пружину, которая сжимается. При превышении давления настройки золотник поднимается, и теплоноситель сбрасывается через отводящий патрубок. После того, как давление в системе снизилось до настроечного, клапан закрывается, и спуск теплоносителя прекращается.
Давление срабатывания пружинного предохранительного клапана устанавливается с помощью комплектации клапана различными пружинами.
Многие клапаны изготавливаются со специальным механизмом (рычагом, грибком и др.) ручного подрыва для контрольной продувки клапана. Это делается с целью проверки работоспособности клапана, так как во время эксплуатации могут возникнуть различные проблемы, например прикипание, примерзание золотника к седлу.
Однако на производствах с использованием агрессивных и токсичных сред, высоких температур и давлений, контрольная продувка может быть очень опасной. Поэтому для пружинных клапанов, используемых на таких производствах, возможность ручной продувки не предусматривается и даже запрещается.
Клапан предохранительный пружинный выпускается в трех исполнениях:
- Малоподъемные устройства подходят для систем газопроводов и паропроводов, давление в которых не превышает 0,6 Мпа. Высота подъема такого клапана не достигает более 1/20 диаметра седла
- Среднеподъемные устройства, в которых высота подъема золотника составляет от 1/6 до 1/10 от диметра сопла.
- Полноподъемные устройства, в которых высота подъема клапана достигает до ¼ от диаметра седла.
Как работает клапан предохранительный ТКЗ
Пружинные предохранительные клапаны являются полноподъёмными прямого действия.
Полноподъёмность обеспечивается за счет динамического воздействия энергии струи пара на демпферную втулку (12). Выходной проход клапана в рабочем состоянии закрыт тарелкой (4) силой сжатия пружины (3), несколько большим чем давление среды на тарелку снизу.
При повышение давления среды под тарелкой выше отрегулированного на клапане, тарелка начинает подниматься. Вытекающая среда воздействует на демпферную втулку вызывает резкий подъём тарелки на высоту 0,25d.
Демпферная втулка выходит наружу и для предохранения от вывинчивания крепится к штоку (5) специальным стопорным винтом (13).
С целью недопущения самовольного изменения величины затяга пружины (4) предусмотрен защитный колпак, закрывающий нажимную втулку (9) и конец рычага (10).
Для ручного опробования клапанов находящихся под давлением предусмотрен рычаг (10).
Магнито-пружинные предохранительные клапаны
В магнитно-пружинных предохранительных клапанах используется электромагнитный привод. Электромагнит обеспечивает дополнительное прижатие золотника к седлу.
При достижении давления срабатывания электромагнит отключается и давлению противодействует только пружина, а клапан начинает работать как обычный пружинный. Также электромагнит может создавать усилие открытия, то есть противодействовать пружине и принудительно открывать клапан.
Существуют клапаны, в которых электромагнитный привод осуществляет и дополнительное прижатие, и усилие открытия, в этом случае пружина служит для подстраховки на случай прекращения электропитания.
Магнитно-пружинные клапаны обычно применяются в сложных импульсных предохранительных устройствах в качестве управляющих или импульсных клапанов.
Импульсно предохранительный клапан
Импульсные клапаны являются разновидностью предохранительной арматуры. Они необходимы при проведении обслуживания систем или отдельных трубопроводов, когда требуется сброс большого объема рабочей среды при избыточном давлении. Возможны два варианта исполнения — импульсный клапан является составной частью главного и вынесенный импульсный клапан, являющийся отдельным элементом системы.
Срабатывание импульсного клапана провоцируется возникновением в системе давления превышающего установленную норму. После этого, рабочая среда направляется в привод главного клапана и, в результате, происходит сброс избытков среды. Подобный принцип работы характерен для устройств, в которых главный и импульсный клапаны совмещены в общей конструкции.
Вынесенные импульсные клапаны всегда оснащаются электромагнитами и манометром электроконтактного типа.
Манометр посылает сигнал на сброс импульсному клапану при превышении установленного уровня давления. Таким образом, вынесенные клапаны являются устройствами непрямого действия. Но аварийное отключение электропитания или выход из строя магнитов заставляют клапаны функционировать как предохранительная арматура прямого действия.
Питание электромагнитов управляется от датчика, через который происходит передача сигнала от манометра. Это позволяет производить управление импульсным клапаном дистанционно, что расширяет функционал устройства. Таким образом открытие или закрытие запирающего клапана можно производить при необходимости, а не только в случае превышения показателей давления рабочей среды.
Принцип работы предохранительного клапана прямого действия
В клапанах прямого действия на запорно-регулирующий элемент с одной стороны действует усилие пружины, с противоположной — сила давления жидкости.
Принцип работы предохранительного клапана непрямого действия
Клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства.
Как работает клапан предохранительный мембранный
Принцип работы на котле
Предохранительные устройства котлов
Безопасность эксплуатации и надежность котельных сооружений напрямую зависит от предохранительных устройств, которыми оборудован котел. Предохранительные устройства котлов выбрасывают лишнюю рабочую среду за пределы оборудования, тем самым снижая в отопительной системе давление.
