| |
Запобіжний клапан оберігає т обладнання і трубопроводу з зайвим тиском від механічних пошкоджень за допомогою автоматичного випуску надлишкової робочої середовища з системи з підвищеним тиском. Крім цього клапан забезпечує припинення скидання робочого середовища в разі відновлення нормального тиску.
Запобіжний клапан відноситься до трубопровідної арматури прямої дії, яка експлуатується в залежності від робочого середовища, також як і ряд інших конструкцій захисної арматури і регулятори тиску прямої дії.
Надмірний тиск небезпечно для роботи системи і може виникнути в результаті сторонніх причин (нестабільна робота обладнання, надлишок тепла від сторонніх джерел, невірна тепломеханічна схема), або в результаті фізичних процесів всередині системи, які починаються з будь-якого вихідного події не входить до лав передбачених звичайної експлуатацією.
Запобіжний клапан встановлюють всюди, де вищеназвані ситуації можливі, тобто майже на будь-якому обладнанні. Особливо запобіжні клапани важливі в галузі використання побутових і промислових посудин, що працюють під тиском.
Запобіжна арматура існує і в інших видах, однак саме запобіжні клапани отримали найбільш широке застосування через простої і ефективної конструкції, простоти налаштування, різноманіття видів і розмірів, а також варіантів конструктивного виконання.
На малюнку зображений креслення пружинного клапана прямої дії. Його приклад допоможе вам розглянути типову конструкцію. Основними складовими конструкції клапана запобіжного прямої дії виступають запірний орган і задатчик, який забезпечує силовий вплив на особливо чутливий елемент, об'єднаний з запірним органом клапана. У свою чергу запірний орган представляє собою конструкцію з затвора і сідла. Розглядаючи пояснює малюнок, можна побачити, що в цьому випадку затвором виступає золотник, а задатчиком є пружина. За допомогою задатчика клапан регулюється для того, щоб зусилля на золотнику було достатнім і забезпечувало його притиснення до сідла запірного органу, перешкоджаючи пропуску робочого середовища. У зазначеному випадку настройку здійснюють спеціальним гвинтом.
При закритому запобіжному клапані. на чутливий елемент впливає сила від робочого тиску в добре захищається, вона прагне відкрити клапан, а також сила від задатчика, яка відкриттю перешкоджає. При виникненні обурень в системі, здатних викликати підвищення тиску понад робочий, величина сили притиснення золотника до сідла зменшується. У момент, коли дана сила стає дорівнює нулю, здійснюється рівновагу від впливу тиску в системі активних сил і задатчика на особливо чутливий елемент клапана. Якщо тиск в системі не перестає зростати, запірний орган поступово відкривається і робоче середовище скидається через запобіжний клапан.
Коли тиск в системі, що захищається знижується, усуваються і впливи. Під дією зусилля від задатчика запірний орган запобіжного клапана закривається.
Часто тиск закриття виявляється нижче на 10-15% робочого тиску, причиною тому значно більше зусилля, необхідне для створення герметичності запірного органу, ніж те, яке було достатнім для забезпечення герметичності клапана безпосередньо перед відкриттям. Все це відбувається тому, що при посадці виникає необхідність подолати силу зчеплення молекул середовища, яка проходить через зазор між поверхнями ущільнювачів золотника і сідла, і таким чином витіснити цю середу. Зниженню тиску може сприяти і запізнення закриття запору, при впливі на нього динамічних зусиль від потоку що проходить середовища, і наявності сил тертя, які для його повного закриття вимагають додаткового зусилля.
Запобіжні клапани прийнято класифікувати:
За принципом дії
- запобіжні клапани прямої дії (найбільш часте словосполучення для їх позначення саме «запобіжний клапан») відкриваються виключно під впливом тиску робочого середовища;
- запобіжні клапани непрямої дії управляються використанням стороннього джерела електроенергії або тиску, такі пристрої прийнято називати імпульсними запобіжними пристроями;
За типом підйому замикаючого органу
- запобіжні клапани пропорційної дії (знаходять застосування на нестискуваних середовищах)
- запобіжні клапани двохпозиційного дії
За різницею у висоті підйому замикаючого органу
- малопідйомний
- среднепод'емние
- повнопідйомні
За навантаженням на золотник
- вантажні або важільно-вантажні
- пружинні
- важільно-пружинні
- магніто-пружинні
Відмінності в конструкціях:
Зазвичай запобіжні клапани мають кутовий корпус, але цілком можуть мати і прохідний, однак це не позначається на способі установки, клапан може монтуватися вертикально, щоб шток опускався вниз при закриванні.
Часто запобіжні клапани виготовляють з наявністю одного сідла в корпусі, але бувають і конструкції з двома сідлами паралельної установки.
Якщо клапан має невелику висоту підйому (не більше 1/20 діаметра сідла,), його називають малопідйомний; повнопідйомний клапаном буде вважатися той, у якого висота підйому дорівнює 1/4 діаметра сідла і вище; среднепод'емнимі вважаються клапани висотою підйому тарілки від 1/20 до 1/4. Підйом золотника над сідлом в среднепод'емних і малопідйомних клапанах залежить від тиску середовища, з цієї причини їх називають клапанами пропорційної дії, незважаючи на те, що підйом не пропорційний тиску робочого середовища. Подібні клапани використовуються найчастіше для рідин при яких не потрібна висока пропускна здатність. Відразу на повний хід тарілки відкриття відбувається в повнопідйомний клапанах, тому вони отримали назву клапанів двохпозиційного дії. Подібні вироби відрізняються високою продуктивністю і використовуються як на транспортуванні рідких, так газоподібних середовищ.
Найбільші відмінності конструкцій запобіжних клапанів складаються в видах навантаження на золотник.
У пружинних клапанах сила стиснення пружини протидіє тиску середовища на золотник. Один і той же пружинний клапан може використовуватися для самих різних меж тиску шляхом комплектації клапана різними пружинами. Більшість клапанів виконуються із спеціальним ручним механізмом (важелем) для контрольної продувки клапана. Причиною тому необхідність перевірки працездатності клапана, адже під час експлуатації не виключені різні проблеми, це може бути примерзанню, прикипання або прилипання золотника до сідла. Але на деяких виробництвах продування може бути небезпечною, наприклад, в умовах токсичних і агресивних середовищ або при високих температурах і тисках - для таких клапанів не передбачається можливість ручного продування і навіть заборонена.
Оскільки пружини часто піддаються впливу робочого середовища, що скидається з трубопроводу або ємності, для захисту пружин від слабоагресивних середовищ використовують спеціальні покриття. Зазвичай в таких клапанах відсутня ущільнення по штоку. У ситуаціях роботи з агресивними середовищами, пружину надійно ізолюють від робочого середовища, використовуючи при цьому ущільнення по штоку пристроєм сальниковим, еластичною мембраною або сильфоном. Ущільнення сильфонні застосовується також при неприпустимою витоку середовища в атмосферу, наприклад на АЕС.
Конструкція важільного-вантажного клапана.
В клапанах важільного-вантажного типу сила від вантажу протидіє зусиллю тиску робочого середовища на золотник, передається через важіль на шток клапана. Регулювання подібних клапанів на тиск відкриття здійснюється фіксацією вантажу конкретної маси на плечі важеля. Використовують важелі і для ручного продування клапана. Ці пристрої не можна використовувати в пересувних посудинах.
Герметизація сідел великих діаметрів здійснюється за допомогою значних мас вантажів на довгих важелях, це здатне викликати значну вібрацію пристрої, в таких ситуаціях використовуються корпусу, де перетин скидання середовища створено двома розташованими паралельно сідлами - вони перекриваються двома Золотниками за допомогою двох важелів з вантажами. Виходить, що в одному корпусі встановлюються два працюють паралельно затвора, і це дозволяє знизити маси вантажу і довжину важелів, що в свою чергу дає можливість нормально працювати клапану.
У пристроях магніто-пружинних клапанів застосовують електромагнітний привід, тому вони не є арматурою прямої дії. Додаткове притиснення золотника до сідла в таких клапанах можуть забезпечувати електромагніти - в момент досягнення тиску спрацьовування електромагніт автоматично відключається і з цього часу протидіє тиску лише пружина, а клапан починає працювати як звичайний пружинний. Крім того, електромагніт здатний створювати зусилля відкриття - протидіяти пружині і відкривати клапан примусово. Є клапани, де електромагнітний привід сприяє додатковому притиснення і зусиллю відкриття, тоді пружина виступає в якості страховки на випадок припинення електроживлення, знеструмлення робить такі пристрої пружинними клапанами прямої дії.
Часто магніто-пружинні клапани застосовують в складних імпульсних пристроях запобіжних як керуючі або імпульсні клапани.
Основні технічні вимоги до клапанів запобіжним:
Найбільш важливим і відповідальним вимогою, яка пред'являється до запобіжних клапанів, є висока надійність, вона включає в себе:
- своєчасне і безвідмовне відкриття клапана при певному перевищенні в системі робочого тиску;
- Клапан у відкритому положенні повинен забезпечувати необхідну пропускну здатність;
- забезпечення своєчасного закриття з високим ступенем герметичності при певній величині падіння в системі тиску після несподіваного аварійного спрацьовування і збереження зазначеної ступеня герметичності при зростанні тиску до рівня робочого;
- стабільність роботи - протягом всього терміну експлуатації повинно бути збережено заданий число циклів спрацьовування параметрів налаштування, а також необхідного рівня герметичності запору при робочому тиску.