Страница 12 из 16
Рис. 2.13. Классификация клапанов
По типу корпуса их разделяют на проходные, угловые, прямоточные. По типу уплотнения на сальниковые и бессальниковые. По типу герметизирующего элемента на сильфонные, мембранные и шланговые. По типу затвора на тарельчатые, поршневые, мембранные и шланговые. По типу привода – с ручным приводом, электроприводом, пневматическим и гидравлическим приводом.
При регулировании потока степень открытия проходного сечения пропорциональна числу оборотов маховика. Оператор может приблизительно оценить величину расхода по числу оборотов маховика. Например, если для полного открытия клапана необходимо сделать 4 оборота, один оборот соответствует 25 % расхода, два оборота – 50 % и т. д.
Золотник может иметь различные конфигурации для получения лучших гидравлических характеристик. Он может быть выполнен конической формы в сочетании с коническим седлом в корпусе, позволяющим получить удовлетворительную гидравлическую характеристику и хорошую устойчивость к задиру, эрозионному износу и рискам, возникающим в процессе регулирования (дросселирования).
Другая специальная конструкция клапана может использовать полый золотник V-образной формы или корпус с обработанным по заданному контуру седлом для расширения диапазона изменения расхода.
Седло и золотник с уплотнением из фторопласта или другого пластика используется для достижения герметичного закрытия от незначительного (минимального) усилия.
Мягкое уплотнение, однако, быстро повреждается от возникновения на нем рисок.
Как правило, золотник и шпиндель являются отдельными деталями и соединяются таким образом, что золотник поворачивается независимо от шпинделя. Это позволяет золотнику контактировать с седлом по большой площади, но с трением, что может вызвать повреждение уплотнительных поверхностей.
Заменой золотника можно продлить ресурс клапана в системе после демонтажа вместе с крышкой. Уплотнительные характеристики могут быть также быстро восстановлены до состояния «как новые» заменой уплотнительных колец.
Конфигурации корпусов запорных клапанов описаны ниже:
1. Проходной клапан с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси.
2. Угловой клапан с входным и выходным патрубками, расположенными под углом 90о. Поток делает в нем только один поворот, что уменьшает падение давления по сравнению с прямоточными (проходными) клапанами. Для лучших схемных решений угловые клапаны могут, с целью экономии фитингов, использоваться как 90-градусные отводы (рис. 2.14.)
Рис. 2.14. Запорный клапан угловой
3. Наклонная конструкция с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси, но проходное отверстие выполнено наклонным, что обеспечивает благоприятные условия для движения потока, в результате чего становятся меньше потери давления на клапане (рис. 2.15.).
Рис. 2.15.. Прямоточный запорный клапан
4. Игольчатая конструкция для обеспечения лучших характеристик регулирования потока, обычно применяемая на арматуре малых диаметров. Золотник выполнен с заостренным (игольчатым) профилем и изготовлен заодно со шпинделем, который садится в отверстие седла. Резьба шпинделя выполняется с большей точностью, чем обычно, для обеспечения добротного регулирования потока (рис. 2.16).
Рис. 2.16. Игольчатый запорный клапан
Хотя размеры запорных клапанов могут быть много большими, стандартные проходы не превосходят 200 мм (8″). Свыше этих размеров осевые нагрузки на шпиндель от давления среды, действующего на площадь золотника, делают ручное управление затруднительным или даже невозможным.
Специальные разгруженные конструкции предусматривают уравновешивание осевых усилий от золотника и делают управление легче.
Запорные клапаны могут быть с выдвижным шпинделем, что позволяет осуществлять визуальный контроль за положением золотника и степенью открытия клапана, и облегчает смазку резьбовой пары. С другой стороны, невыдвижной шпиндель также имеет применение, так как позволяет осуществлять монтаж в условиях, ограниченных по высоте и уменьшить износ. Они обычно изготавливаются из чугуна, углеродистой, карбамидной и нержавеющей сталей, бронзы или латуни для использования на воде, нефти, маслах, в химической промышленности и строительстве. Для увеличения срока службы на уплотнительных поверхностях стальных клапанов применяется наплавка золотников легированной сталью с 13 % содержанием хрома или стеллитом.
Практика использования и проектирования клапанов позволяет предложить некоторые рекомендации при их выборе:
– в запорных клапанах, предназначенных для работы с количеством циклов более 1000 следует применять плоское уплотнение;
– конусное уплотнение целесообразно использовать при наличии в рабочей среде загрязнений;
– в клапанах с конусным уплотнением золотник и шток не должны вращаться, причём, чем выше рабочее давление и температура, тем более жесткие допуски на размеры и геометрические характеристики должны задаваться. Особое внимание должно быть обращено на обеспечение соосности проходного отверстия с резьбовой втулкой;
– следует избегать резьбовых соединений корпусов с крышками при температурах 200°C и выше;
– хорошо зарекомендовали себя упругие элементы, вводимые в конструкции уплотнений, например, тонкостенные кольца, выполняемые на плоских уплотнительных поверхностях корпусов, способные упруго деформироваться при контакте с конусными золотниками.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КЛАПАНЫ
Это небольшие клапаны, которые управляются соленоидами, и обычно используются в контрольно-измерительной аппаратуре.
Рис. 2.17. Общий вид электромагнитного клапана
Клапаны открываются и закрываются электрическим сигналом и могут изготавливаться в двух основных моделях:
1) Клапаны обычно в открытом положении, когда электрический сигнал выключен (НО).
2) Клапаны обычно в закрытом положении, когда электрический сигнал выключен (НЗ).
Схема работы электромагнитного клапана представлена на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Схема работы электромагнитного клапана
Электромагнитные клапаны могут обслуживаться переменным током от сети, через трансформатор или постоянным током от батареи или генератора постоянного тока. Электромагнитные клапаны постоянного тока действуют медленно и работают на низких давлениях.
Соленоидные катушки переменного тока действуют гораздо быстрее и обеспечивают работу клапанов при более высоких давлениях. На рис. 2.19. показан клапан прямого действия, в котором сердечник закрывает или открывает основное отверстие клапана.
Рис. 2.19. Электромагнитный клапан прямого действия
Другой тип электромагнитного клапана (непрямого действия) показан на рис. 2.20–2.21