Запорные клапаны - линейное перемещение

Запорные клапаны используются для переключения технологических сред, упрощения технического обслуживания, демонтажа оборудования и остановки установки. В этом материале рассматриваются работа, применение и конструкция задвижек, globe valve, поршневых и мембранных клапанов.

#Запорные клапаны - линейное перемещение

Запорные клапаны являются ключевым элементом любой системы транспортировки среды, поскольку используются для прекращения потока в определенную часть системы. Иногда они также применяются для ручного регулирования потока. Европейский стандарт EN 736-1:1995 различает запорные, регулирующие и control valve следующим образом:

• Запорный клапан - Клапан, предназначенный для работы только в полностью закрытом или полностью открытом положении.
• Регулирующий клапан - Клапан, предназначенный для работы в любом положении между полностью закрытым и полностью открытым.
• Control valve - Устройство с приводом, изменяющее расход среды в системе управления процессом. Запорные клапаны применяются в самых разных задачах, где требуется управление типа открыто/закрыто, включая:
• Переключение технологических сред.
• Отсечение потока для:
• Проведения технического обслуживания
• Демонтажа оборудования
• Остановки установки

Для удовлетворения такого спектра задач и разнообразных условий эксплуатации было разработано множество типов и конструкций запорных клапанов. Клапаны обычно классифицируют на две группы (см. Table 12.1.1) по характеру движения запирающего элемента (или obturator):

• Клапаны с линейным перемещением - Obturator перемещается по прямой линии. К этой категории относятся задвижки, globe valve, мембранные и pinch valves. Эти клапаны подробнее рассматриваются в данном модуле.
• Клапаны с поворотным движением - Obturator поворачивается вокруг оси, перпендикулярной направлению потока. Шаровые клапаны и дисковые затворы являются двумя наиболее важными поворотными клапанами для паровых применений и подробнее рассматриваются в Module 12.2, Запорные клапаны - поворотное движение.

#Клапаны с линейным перемещением

Клапаны с линейным перемещением произошли от ранних форм шлюзовых затворов, использовавшихся для управления потоком воды в оросительных каналах. С тех пор было разработано множество различных конструкций и типов почти для всех возможных применений с потоками. Хотя клапаны с линейным перемещением характеризуются прямолинейным движением obturator, поток среды может идти под прямым углом к этому движению (как у задвижек) или в том же направлении, как у globe valve. Главная особенность клапана с линейным перемещением в том, что плотное перекрытие достигается прижатием obturator к седлу резьбовым штоком.

#Задвижки

Задвижки, вероятно, являются одними из самых распространенных клапанов, применяемых сегодня, благодаря широкому использованию в бытовых системах водоснабжения, однако следует отметить, что в промышленности их популярность в последние годы снизилась. Тем не менее они по-прежнему применяются там, где требуется неограниченный проход, поскольку затвор полностью уходит в крышку, создавая минимальный перепад давления при открытом клапане. Задвижки специально предназначены для запорных применений. Задвижка состоит из четырех основных компонентов: корпуса, крышки (bonnet или cover), затвора и штока. Типичная задвижка показана на Figure 12.1.1.

#Задвижка с жестким клином

Затвор имеет клиновидную форму и прилегает к соответствующим поверхностям в корпусе клапана. Механическое преимущество приводной резьбы в сочетании с углом клина позволяет создавать достаточное усилие прижатия к седлу против давления среды без чрезмерного усилия на маховике. Для обеспечения особенно надежного отсечения седло иногда покрывают PTFE. Типичная задвижка с жестким клином показана на Figure 12.1.1.

#Задвижка с гибким клином

Хотя существует несколько типов задвижек с гибким клином, все они используют гибкий двухсоставной диск, по форме напоминающий два колеса на очень короткой оси. Гибкость диска обеспечивает плотное прилегание в широком диапазоне температур и давлений. Наиболее распространенный тип задвижки с гибким клином в паровых применениях - параллельная задвижка. Две пластины, образующие затвор, прижимаются к седлу пружиной, размещенной между ними. Давление среды отрывает верхний по потоку диск от седла, и усилие передается на нижний по потоку диск, обеспечивая плотное перекрытие. Высокая гибкость затвора позволяет ему компенсировать расширение и сжатие при температурных колебаниях, что делает такую конструкцию подходящей для паровых систем.

#Globe valve

Globe valve составляет важный класс клапанов с линейным перемещением; они стали более популярными, чем задвижки, поскольку выпускаются в широком разнообразии конфигураций, подходящих для большинства применений. Движение среды через седло клапана происходит вдоль направления перемещения obturator; это означает, что в клапане с горизонтально расположенными входом и выходом среда должна изменить направление движения. Главное преимущество такой схемы в том, что globe valve открывается быстрее, чем задвижка, поскольку диску необходимо лишь немного отойти от седла, чтобы обеспечить полный проход. Это полезно при частом срабатывании клапана. Недостаток заключается в том, что среда вынуждена менять направление, что повышает сопротивление потоку и создает турбулентность. В результате перепад давления на globe valve выше, чем на задвижке.

#Поршневые клапаны

Одним из основных недостатков клапанов с линейным перемещением является то, что их седла подвержены повреждениям из-за загрязнений и wiredrawing, и поэтому, в зависимости от применения, могут требовать регулярного технического обслуживания. Хотя теоретически седла заменяемы, на практике это часто связано со значительными затратами времени и средств, поэтому нередко выгоднее заменить весь клапан целиком. Для решения этой проблемы были разработаны поршневые клапаны. Поршневой клапан представляет собой вариант традиционного globe valve, в котором обычные седло и конус заменены поршнем и втулкой-фонарем. Поршень соединен со штоком и маховиком клапана и проходит через два комплекта уплотнительных колец, разделенных втулкой-фонарем. В собранном состоянии оба комплекта уплотнительных колец обжимаются вокруг поршня усилием, передаваемым вдоль штока. Верхний комплект колец выполняет функцию обычной сальниковой набивки, а нижний - функцию седла. Кроме того, большая площадь уплотнения между поршнем и кольцами обеспечивает высокую герметичность отсечения. Поршневой клапан не предназначен для дросселирующего режима и должен использоваться только в полностью открытом или полностью закрытом положении. Когда клапан полностью открыт, только нижняя поверхность поршня подвергается воздействию среды, так как остальная часть защищена верхними уплотнительными кольцами. Это означает, что уплотняющие поверхности (боковые поверхности поршня) защищены от эрозии потоком среды.

#Мембранные клапаны

Мембранные клапаны составляют третий крупный тип клапанов с линейным перемещением. Шток клапана используется для нажатия на гибкую мембрану, которая, в свою очередь, перекрывает путь потоку среды. Существует две разные классификации мембранных клапанов, основанные на геометрии корпуса:

• Weir type - В корпусе отливается порог, и в закрытом состоянии мембрана опирается на этот порог, ограничивая поток (см. Figure 12.1.5 (a)).
• Straight-through type - Проход идет сквозь корпус по прямой, а для перекрытия используется клинообразная мембрана (см. Figure 12.1.5 (b)).

#Варианты штоков клапанов с линейным перемещением

Клапаны с линейным перемещением выпускаются с несколькими вариантами исполнения штока:

• Выдвижной / невыдвижной шток - Если шток выдвижной, при открытии клапана он перемещается вертикально вверх, а не только вращается, как у невыдвижного штока. Выдвижной шток показывает степень открытия клапана, которая, в свою очередь, приблизительно отражает расход через клапан. Однако клапанам с выдвижным штоком требуется больше пространства над крышкой для размещения штока в полностью открытом положении. Для клапанов с сальниковой набивкой рекомендуется использовать невыдвижной шток, так как он уменьшает износ набивки.

#Уплотнение штока

Чтобы предотвратить утечку рабочей среды вдоль штока клапана, между средой и окружающей средой необходимо создать барьер. Уплотнение штока обычно достигается одним из двух способов: сальниковой набивкой или сильфонным уплотнением. Сальниковая набивка состоит из полимерного материала, обычно PTFE, плотно уложенного между штоком и крышкой клапана, что предотвращает выход среды наружу.