Обратный клапан - это элемент запорной трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия потока рабочей среды в случае её движения в обратную сторону.
Принцип действия обратного клапана довольно прост и основан на автоматическом перекрытии проходного отверстия клапана при помощи запорного элемента. Это может быть металлическая пластина (захлопка), подпружиненная тарелка или обрезиненный стальной шар.
На сегодняшний день обратный клапан применяется практически на всех видах трубопроводных магистралей.
Во время эксплуатации внутри трубопроводной системы возникает гидравлическое давление, которое может быть неодинаковым на различных ее участках. Причины такого явления самые разные.
Чаще всего это неравномерное остывание рабочей среды (теплоносителя), ошибки в проектировании и монтаже трубопроводной системы или ее прорыв. Результат почти всегда один: поток рабочей среды под избыточным давлением начинает двигаться в обратном направлении, в лучшем случае поступая обратно в резервуары, а в худшем из-за возникшего гидроудара разрушает оборудование и сам трубопровод.
Чтобы избежать таких последствий необходимо обязательно ставить обратный клапан. Данный элемент трубопроводной арматуры способен пропускать рабочую среду только в одном направлении. Обратный клапан в таких случаях просто блокирует поток рабочей среды и перекрывает проход в участок трубопровода, находящийся за ним.
В зависимости от конструкции запорного элемента обратные клапана бывают следующих типов:
Запорный элемент в таком клапане представляет из себя металлическую створку (пластину, захлопку). Когда движения рабочей среды в трубопроводе отсутствует, то запорный элемент плотно прижат к выступающим элементам внутри корпуса обратного клапана. Как только в трубопроводе появится движение рабочей среды, то она начнет давить на затвор и оттолкнет его, открыв таким образом проход для дальнейшего движения.
При прекращении движения среды по трубопроводу, запирающий элемент снова вернется в своё исходное положение под действием собственной силы тяжести. Движение рабочей среды в обратном направлении еще сильнее прижмет запирающий элемент к выступающим элементам корпуса (седлу) затвора. Таким образом обратный клапан закрывается.
При движении рабочей среды создается давление, под напором которого подпружиненная тарелка поднимается вверх и затвор открывается, а при падении напора или изменении направления движения потока рабочей среды тарелка опускается вниз под действием пружины или собственного веса и затвор закрывается.
В отличие от предыдущих видов, в данном случае запорным элементом является шар, перемещающийся в корпусе клапана в разные стороны под напором потока рабочей среды.
Принцип работы шарового клапана следующий: когда поток рабочей среды движется через корпус устройства в нужном направлении, он поднимает шар, который перемещается в специальный отсек клапана. Как только направление движения потока меняется или вообще прекращается, то шар сразу опускается и перекрывает проходное отверстие клапана. Таким образом, движение рабочей среды в противоположном направлении становится невозможным.
Фланцевые обратные клапаны широко применяются при обустройстве магистралей большого диаметра. Наиболее востребованы устройства шарового типа.
Считается, что фланцевый тип присоединения к трубопроводу обеспечивает большую надежность в трубопроводе чем бесфланцевый тип или элементы под приварку. Обратные фланцевые клапаны изготавливаются из стали или чугуна. Для предприятий химической промышленности и фармацевтики изготавливают обратные клапаны из нержавеющей стали. Корпус из чугуна или стали выдерживает рабочее давление 10-12 атмосфер, с кратковременным повышение до 16 атмосфер.
Предохранительные клапаны используются в системах трубопроводов, транспортирующих:
холодную и горячую воду, пар,
нефть и нефтепродукты,
газ и жидкости с разными химическими свойствами.
Они применяются в различных сферах промышленности - газовой, нефтеперерабатывающей, химической, во многих других инженерных коммуникациях.
Предохранительные клапаны - это элементы трубопроводной предохранительной арматуры, применяющиеся в трубопроводных системах, для защиты от перегрузок давления рабочей среды. Принцип работы таких устройств не очень сложный. При повышении давления потока транспортируемой среды клапан сбрасывает излишки рабочей среды в дренажную систему или атмосферу. После того как давления нормализуется устройство автоматически возвращается в исходное положение и сброс прекращается. Достигается это благодаря наличию пружины в предохранительном клапане.
В нормальном состоянии предохранительного клапана запорный элемент прижат к седлу пружиной. По мере роста давления рабочей среды, пружина под воздействием силы этого давления начинает сжиматься тем самым отодвигая от седла запорный элемент. Через освобожденный проход в отдельный патрубок отводятся излишки рабочей среды. По мере уменьшения давления, пружина разжимается и подводит запорный элемент обратно к седлу клапана.
В зависимости от конструкции предохранительные клапаны делятся на следующие виды:
пружинные;
рычажно-грузовые;
магнито-пружинные.
Предохранительные клапаны с пружинной конструкцией наиболее распространены во всех трубопроводных системах. Работают они по принципу описанному выше. Такие устройства имеют возможность настраивать степень предварительного сжатия пружины. Такая настройка производится при помощи регулировочного винта.
Для периодичной проверки работоспособности таких клапанов, они зачастую оснащаются рычагом принудительного ручного открытия затвора. Устройства, работающие в опасных и вредных для здоровья средах, функциями ручной продувки клапана не оснащаются. Все элементы клапана (пружина седло, шток, затвор), работающего с агрессивными средами, покрываются специальными антикоррозийными покрытиями.
Такие клапаны используются в неподвижных системах. Монтаж рычажно-грузовых клапанов производится в положении относительно горизонта, которое строго определено изготовителем. Не допускается применять эти клапаны на транспортных средствах и других подвижных объектах.
Основными элементами являются: запорный элемент (тарелка), рычаг и груз прикрепленный на одном конце этого рычага. Вес груза, под действием земного притяжения преобразуется в силу, которая через рычаг и шток передается на запорный элемент и противодействует силе, создаваемой давлением рабочей среды.
В случае, когда прижимная сила затвора больше силы давления рабочей среды клапан находится в закрытом состоянии. При повышении давления среды, прижимная сила в какой - то момент становится меньше силы давления и запорный элемент смещается. Клапан открывается и происходит сброс лишней рабочей среды, в результате чего давление в системе падает. После нормализации давления клапан закрывается.
Настройка рычажно-грузового клапана происходит двумя способами:
Уменьшением или увеличением массы груза – количественная регулировка.
Перемещение груза по рычагу. Чем дальше от корпуса груз, тем большее давление необходимо для срабатывание клапана.
При больших рабочих давлениях в системе значительно увеличиваются габариты рычагов и грузов клапанов.
Магнито-пружинные устройства работают по принципу непрямого действия. Т.е. запорный элемент приводится в действие не механическим способом, как в клапанах рассмотренных ранее, а электромагнитным соленоидом.
В закрытом положении клапана подается напряжение на электромагнит и он прижимает затвор к седлу. При повышении давления в системе и достижения его значения порогового уровня автоматика отключает напряжение соленоида и рабочая среда отжимает запорный элемент. Клапан открывается.
В другой конструкции клапан находится в закрытом положении под действием пружины, которая давит на запорный элемент. При достижении порогового значения давления рабочей среды, автоматика подает напряжение на электромагнитный соленоид, который в свою очередь поднимает затвор и открывает клапан.
Также есть конструкция магнито-пружинного предохранительного клапана в которой электромагнит работает как на закрытие, так и на открытие клапана. В зависимости от полярности приложенного напряжения, соленоид может прижимать затвор к седлу или поднимать его.
Настройка порогового значения давления для срабатывания клапана, осуществляется на аппаратуре автоматики без физического доступа к арматуре. Такие устройства стоят гораздо дороже своих механических аналогов прямого действия. Но, они достаточно востребованы в довольно сложных системах, где необходимо наличие управляющей автоматики.
Монтаж трубопроводной арматуры в сетях водоснабжения, нефте-газовых магистралях и т.д. предназначен для осуществления бесперебойной, безаварийной и высокоэффективной работы всей системы.
Обратные и предохранительные клапана относятся к регулирующей арматуре и выполняют одинаковую задачу, но разными способами:
Обратный клапан защищает свой участок трубопровода, не давая рабочей жидкости стечь обратно по трубам.
Предохранительный клапан справляется с этой задачей при помощи контроля и управления давлением в системе, не давая ему подняться выше безопасного уровня.