Запірний клапан - запірна арматура, конструктивно виконана у вигляді клапана, тобто її запірний елемент переміщається паралельно осі потоку робочого середовища.
Як і інші види запірної арматури, запірні клапани застосовуються для повного перекриття свого прохідного перетину, а отже потоку робочого середовища; тобто замикає елемент, яким в запірному клапані найчастіше є золотник, в процесі експлуатації знаходиться в крайніх положеннях «відкрито» або «закрито».
Для регулювання витрати середовища шляхом зміни прохідного перетину успішно застосовуються регулюючі клапани, також існують і запірно-регулюючі клапани, що поєднують ці функції.
Слід зауважити, що до 1982 року клапани, в яких затвор переміщається за допомогою різьбової пари шпиндель-ходова гайка, називалися вентилями, однак це найменування було скасовано і зараз клапаном називають і арматуру з нарізним шпинделем (передавальним крутний момент від приводу), і з гладким штоком (передавальним поступальний зусилля від приводу).
Клапани вентильного типу управляються вручну або електроприводом, а клапани з гладким штоком - гідро-, пневмо- або електромагнітним приводом.
Запірні клапани з швидкодіючими поршневими пневматичними приводами входять до складу захисної арматури і звуться відсічні.
Клапани широко поширені як запірна арматура, що пояснюється можливістю забезпечення гарної герметизації в запірному органі при порівняльній простоті конструкції.
Клапани застосовуються для рідких і газоподібних середовищ з широким діапазоном робочих параметрів: тиску - від вакууму 5 • 10-3 мм рт. ст. до 250 МПа, температури - від -200 до +600 ° С.
Клапани зазвичай використовуються на трубопроводах відносно невеликих діаметрів, так як в разі великих розмірів доводиться мати справу з суттєвим зростанням зусиль для управління клапаном і ускладнювати конструкцію для забезпечення правильної посадки затвора на сідло корпусу.
Гідності й недоліки
Крім вищевказаних переваг клапани мають і іншими, наприклад:
• можливість застосування в умовах високих температур і тисків, вакууму, корозійних і агресивних середовищ;
• порівняльна простота технічного обслуговування і ремонту в умовах експлуатації.
Конструкція клапанів багато в чому схожа з конструкцією засувок, але принципове її відмінність - те, що переміщення затвора збігається з віссю переміщення потоку середовища, а не перпендикулярно йому, дає клапанів ряд переваг перед засувками, серед яких:
• малий хід затвора для повного відкриття (зазвичай не більше 0,25 номінального діаметра, в той час як у засувок - не менше діаметра) і, відповідно, мала будівельна висота і маса;
• в клапанах набагато простіше, ніж в засувках, забезпечити необхідну герметичність затвора (шляхом застосування ущільнюючих кілець з різних неметалевих матеріалів);
• при закритті і відкритті клапана на відміну від засувки практично виключається тертя ущільнення затвора про сідло, що істотно зменшує знос ущільнюючих поверхонь;
• можливість застосування сильфона в якості ущільнення арматури по відношенню до зовнішнього середовища.
До недоліків клапанів можна віднести:
• висока (в порівнянні з кульовими кранами і засувками) гідравлічний опір, що при великих діаметрах проходу і високих швидкостях середовища створює великі втрати енергії і викликає необхідність відповідно підвищувати початковий тиск в системі;
• обмеження меж застосування по діаметру, про який було сказано вище;
• наявність в більшості конструкцій застійних зон, в яких накопичуються механічні домішки з робітничого середовища, шлам, що призводить до інтенсифікації процесів корозії в корпусі арматури.
конструкції ущільнення
За способом герметизації рухомого з'єднання шпиндель (шток) кришка, клапани діляться на сальникові, сильфонні і мембранні (діафрагмові).
сальникова арматура
У різні електронні арматурі герметичність з'єднання кришки з рухомою деталлю затвора забезпечується сальниковим пристроєм. Суть сальникового пристрою в тому, що на зовнішній стороні кришки або корпуса в тому місці, де через них проходить шток або шпиндель, створюється сальниковая камера, в яку вкладається ущільнювачий - сальникова набивка. За допомогою спеціальних пристроїв набивка поджимается уздовж осі шпинделя (штока), впираючись в стінки сальникової камери і ущільнюється. Таким чином створюється герметичність і робоче середовище не проникає за межі корпусу. В арматурі малих діаметрів поджатие набивання проводитися накидною гайкою, великих - спеціальної деталлю-сальником за допомогою двох відкидних або анкерних болтів з гайками.
Сальникове ущільнення має багато переваг, які роблять його в більшості випадках кращим. Серед них:
• можливість виготовлення сальникової набивки з різних матеріалів, що дозволяють забезпечити гарне ущільнення в широкому спектрі робочих тисків і температур;
• простота конструкції;
• можливість поднабівкі сальника або зміни набивки в процесі експлуатації.
Сальники максимально спрощують конструкцію і зменшують вартість арматури, проте для номінального тиску від 2,5 МПа і номінального діаметра більш 50 (межі досить орієнтовні) ходової вузол виноситься із зони робочого середовища і розташовується вище сальникового ущільнення, а ходову гайку розміщують в бугельному вузлі, розташованим над кришкою клапана, тобто конструкція істотно ускладнюється для ліквідації впливу робочого середовища на з'єднання шпиндель-гайку і підвищення його довговічності і надійності.
сильфонна арматура
У сильфонні арматурі ущільнення рухомих елементів щодо зовнішнього середовища забезпечується сильфонним вузлом. Головним його елементом є сильфон - гофрована трубка. Металевий сильфон за допомогою зварювання або пайки з'єднується з верхніми і нижніми кільцями (або деталями іншої форми), утворюючи так звану сильфонну збірку. Сильфонна збірка своєю верхньою частиною нерухомо і герметично з'єднується з корпусними деталями арматури, а нижній - з штоком або золотником клапана, перекриваючи таким чином можливість виходу робочого середовища в зовнішнє. Поступальне переміщення штока для управління золотником відбувається всередині сильфона, який може змінювати свою довжину за рахунок деформації гофрів.
Сильфонні клапани використовуються для роботи в таких середовищах, витік яких в навколишнє середовище є неприпустимою. Перевага таких клапанів перед сальниковими - виняток витоку робочого середовища в атмосферу в межах терміну служби сильфонного вузла. Але ця перевага досягається шляхом істотного ускладнення конструкції і відповідно більш високу вартість клапана. Крім того, ремонт сильфона клапана при його втомному руйнуванні являє собою складну операцію по заміні сильфонні збірки, тому в таких випадках клапан необхідно міняти на новий.
мембранна арматура
Мембранні клапани принципово відрізняються від клапанів з іншою конструкцією.
У мембранної арматурі зовнішнє ущільнення забезпечується за допомогою мембрани, що виконується у вигляді пружного диска з еластичних матеріалів (гума, фторопласт). Профіль мембрани дозволяє в центральній її частині здійснювати зворотно-поступальний рух, достатню для закривання або відкривання запірного або регулювального органу арматури. Мембрана встановлюється і затискається по зовнішньому діаметру між корпусом і кришкою, це забезпечує герметичність з'єднання корпусних деталей і одночасно повністю відсікає внутрішню порожнину арматури від зовнішнього середовища.
Особливість цих клапанів полягає в тому, що діафрагма одночасно може виконувати функцію затвора, перекриваючи під дією шпинделя прохід робочого середовища через корпус.
Така конструкція дозволяє без застосування нержавіючих сталей мати чавунні клапани, придатні для різних агресивних середовищ. Це досягається покриттям (футеровкою) внутрішніх поверхонь корпусу різними коррозіоностойкой матеріалами (фторопласт, гума, поліетилен, емалі).
Недоліками таких клапанів є невеликий термін служби мембрани і обмежені невеликими тисками і температурами межі їх застосування.
напрямок потоку
По конструкції корпусу і розташуванню на трубопроводі, пов'язаних з напрямком потоку робочого середовища, запірні клапани розрізняються:
• прохідні - в них напрямок потоку середовища на вході і виході однакове, але іноді вісь вихідного патрубка зміщена паралельно вхідному. В такому клапані потік середовища в корпусі робить як мінімум два повороти на 90 °, що призводить до високого гідросопротівленіе і появі застійних зон в корпусі;
• кутові - в них потік повертає на 90 °, але один раз, що дозволяє знизити гідросопротівленіе. Істотний недолік таких клапанів полягає в тому, що область їх застосування обмежується поворотними ділянками трубопроводів;
• прямоточні - в них, як і в прохідних, напрямок потоку зберігається, але вісь шпинделя розташована не перпендикулярно, а похило до осі проходу. Така конструкція дозволяє істотно спрямити потік і зменшити гідросопротівленіе, однак при цьому збільшується хід затвора, будівельна довжина і маса вироби.
Конструкція робочого органу
Затвори в клапанах бувають тарілчастими (золотниковими) або конічними.
Ущільнювальні поверхні тарельчатого затвора можуть бути плоскими або конусними, в останньому випадку сідло в корпусі виконується у вигляді фаски. Плоскі ущільнення дозволяють виготовляти їх з різних металів, сплавів і неметалічних матеріалів, вони добре працюють в рідких і газоподібних середовищах, що не містять зважених часток. Конусні ущільнення, метал по металу, використовуються для клапанів високого тиску зі зваженими частками в робочому середовищі.
Конічний затвор застосовується в клапанах номінальним діаметром не більше 25, для номінального тиску від 16 МПа і вище. Такі клапани називаються голчастими.