Запорные клапаны и вентили В двигателях внутреннего сгорания, насосах, компрессорах клапаном принято называть деталь в виде диска, снабженного штоком, скользяшим в направляющем отверстии. Этот клапан предназначен для перекрытия потока среды путем перемещения. его вдоль оси и посадки на седло. В арматуростроенни к лапаном называют все устройство, служащее для перекрытия потока среды в трубопроводе с помощью затвора, имеющего вид диска (тарелки клапана, золотника), при поступательном движеНИИ шпинделя (штока) вдоль оси потока, перпендикулярно к плоскости седла. Классификация запорных вентилей и клапанов приведена на схеме 2.2. Схема 2.2 Классификация запорных вентилей и клапанов Поступательное движение шпинделя обеспечивает простоту конструкции и возможность быстрого перемещения затвора, но требует значительного перестановочного усилия для управления клапаном й дополнительных устройств для фиксации его в требуемом положении. Вентиль представляет собой клапан со шпинделем, ввин-чиваемым в резьбу неподвижной ходовой гайки, расположенной в крышке или бугеле. Вентиль управляется вручную. Применение ходовой резьбы, обладающей свойствами самоторможения, позволяет оставлять затвор в любом положении с уверенностью, что это положение сохранится и не будет самопроизвольно изменяться под действием давления среды. Использование резьбы позволяет применять малые усилия на маховике для управления вентилем. Вентиль отличается простотой конструкции и создает хорошие условия для надежной герметичности запорного органа в закрытом состоянии. В связи с этим вентили получили широкое распространение в запорной арматуре. Наиболее широко вентили применяются на трубопроводных малого диаметра. По мере увелйчения условного диаметра прохоДа трубопровода, начиная с D, = 50 мм, они уступают место задвижкам. При диаметрах =200-250 мм вентили и клапаны используются редко так как при больших условных диаметрах прохода и высоких давлениях усилие на шпинделе возрастает настолько, что вентиль становится трудноуправляемым. Кроме того, запорные вентили обычной конструкции имеют, как правило, высокий коэффициент гидравлического сопротивления = З-5 и более). При больших условных диаметрах прохода применение вентилей и клапанов создает большие потери энергии в связи с большим количеством транспортируемой по трубопроводу среды. Это вызывает излишние расходы из-за необходимости соответственно повышать начальное давление в системе. Положительным качеством вентиля и клапана является срав-нительно небольшой ход затвора, необходимый для полного открытия запорного органа. Для этой цели тарелку клапана до-статочно поднять на 1/4 диаметра отверстия в седле, тогда как для открытия задвижки необходимо клин или диск переместить на величину, равную диаметру отверстия, т. е. увеличить ход в четыре раза. Поэтому вентиль имеет значительно меньшую строительную высоту, чем задвижка того же диаметра прохода, но строительная длина его (расстояние между наружными торцами присоединительных фланцев) больше, чем в задвижке, причем с увеличением диаметра прохода эта разница увеличивается. Клапаны и вентили изготовляются из серого чугуна, ковкого чугуна, стали, латуни, бронзы, алюминия, титана, фарфора, стекла, пентапласта, полипропилена и других пластмасс. По конструкции корпуса и расположению на трубопроводе различают проходные (рис. 2.26—2.35), угловые (рис. 2.36—2.40) и прямоточные (рис. 2.41—2.43) вентили и клапаны. Проходные и прямоточные устанавливаются на горизонтальном или вертикаль-ном участках трубопровода, угловые — на месте поворота трубопровода. Последние имеют меньшее гидравлическое сопротивление, но область их применения ограничена поворотными участ¬ками трубопроводов. Прямоточные вентили и клапаны, щпиндель которых расположен под углом к оси прохода (обычно под 45°), имеют относительно малое сопротивление. Вентили и клапаны, как правило, конструируются и устанав-ливаются так, чтобы движение среды происходило «под клапан», т. е. навстречу движению затвора при закрывании запорного органа. Обратное движение среды, т. е, «на клапан», осуществляется редко и применяется главным образом при больших диаметрах прохода, для неответственных установок, с целью разгрузить шпиндель от больших продольных усилий сжатия. В связи с возможным несовпадением центра приложения гидравлического давления рабочей среды на затвор с точкой соприкосновения его со шпинделем могут возникнуть напряжения изгиба в шпинделе которые при больших диаметрах зазopa могут достигнуть зна- чительных величин. Серьезным недостатком конструкции вентиля с подачей среды «на клапан» является то обстоятельство, что при этом сальник все время находится под действием давления среды—даже при закрытом положении запорного органа. Вентили и клапаны с большими условными диаметрами прохода снабжаются внутренним или наружным обводом (риа. 2.44) для того, чтобы по возможности выравнять давление по обе стороны запорного органа и этим самым снизить усилие, необходимое для открывания. Таким путем также уменьшается вероятность возникновения гидравлического удара в системе. Внутренний обвод создается с помощью вспомогательного клапана, устанавливаемого на затворе. В больших вентилях и клапанах среда подается «на клапан» и рабочим давлением затвор прижимается к седлу. При подъеме шпинделя сначала открывается вспомога-тельный клапан внутреннего обвода, а тарелка главного запор¬ного органа остаётся прижатий к седлу корпуса. После того как давление на затворе выравняется с обеих сторон до нужного значения, производят дальнейший подъем тарелки и открывают основное седло. Наружный обвод создается вспомогательным вентилем, соединяющим обе полости до и после запорного органа. Выравнивание давления осуществляется открытием вспомогатель-ного вентиля. По расположению ходовой резьбы можно выделить вентили с в ы н о с н о й и п о г р у ж н о й р е 3 ь б о й. В вентилях с погружной резьбой она выполняется непосредственно в крышке корпуса до сальника, и работа ходового узла происходит в рабочей среде, так как сальник расположен выше ходовой резьбы. Такие конструкции обычно применяются для небольших диаметров прохода, если среда не имеет коррозионных свойств, ядовитых и агрессивных компонентов и если арматура не работает при высокой температуре или высоком давлении. Конструкции с выносной ходовой резьбой применяются во всех ответственных случаях. При этом облегчаются уход, смазка и ремонт резьбового соединения, ходовой узел работает более надежно. ■ Вентили и клапаны по способу герметизации подвижного соединения шпинделя с крышкой можно разделить на сальниковые и сильфонные. Благодаря наличию сильфона в пределах срока его службы исключаются какие бы то ни было протечки между шпинделем и крышкой. Сильфонные. конструкции используются только в случае технической необходимости, так как срок службы сильфона ограничен, а замена сильфона представляет ссййой сложную операцию. Для присоединения к трубопроводу венТили и клаланы снаб-жаются фланцами, муфтами с внутренней резьбой либо цапками с наружной резьбой. В настоящее время широко используются стальные вентили, привариваемые к трубопроводу, для чего они снабжаются соответствующими присоединительными патрубками. Вентили управляются при помощи маховика вручную. В связи с автоматизацией управления технологическими процессами всё шире применяются клапаны с электрическим, пневматическим и гидравлическим приводами, а также с электромагнитным приво-дом. Необходимость создания значительных продольных усилий для управления вентилем, наличие сравнительно сложных эле-ментов привода и устройств для ограничения крутящего момента приводят к тому, что электропривод по сравнению с самим клапаном получается значительных размеров. В вентилях и клапанах затвор (тарелка клапана, золотник), перекрывающий проходное отверстие в седле, обычно соединяется со шпинделем шарнирно, с тем чтобы затвор мог самоустанавли ваться по плоскости седла и плоскость уплотнительных колец затвора совпадала с седлом. Для соединения затвора со шпинделем последний снабжается кольцевым буртиком или кольцевой канавкой, а затвор имеет соответствующий цилиндрический выступ с выемкой под головку шпинделя. Сцепление шпинделя с головкой осуществляется с помощью накидной гайки или колпачка, полуколец, шариков и т. п. В некоторых конструкциях дополнительные элементы, указанные выше, не ис-пользуются, а шпиндель вводится через боковую прорезь в расточенное гнездо, предусмотренное в затворе. Ходовая гайка шпинделя устанавливается либо в бугеле, отлитым заодно с крышкой, либо на траверсе (поперечине), закрепленной на колонках. В настоящее время последняя конструкция выполняется редко. В вентилях иных проходов ходовая резьба нарезается в крышке. В любом случае ходовая резьба должна быть сроена с отверстием седла. Уплотнительные кольца запорного органа вентилей и клапа¬нов изготовляют из металла, резины, пластмасс или кожи. Поверхности металлических колец выполняются либо плоскими, либо конусными (с фаской). Первые проще в изготовлении, вторые имеют основание считаться более герметичными, т. е. обеспечивающими лучшее перекрытие седла при одинаковых усилиях прижима затвора к седлу. Уплотнительные кольца с конусным уплотнением лучше обеспечивают также удаление твердых включений, находящихся или попадающихся в среде, из зоны между уплотнительными поверхностями колец, что несколько увеличивает надежность работы запорного органа. Конусные уплотнительные поверхности обеспечивают герметичность запорного органа в течение 1000 циклов. При требованиях к клапану обеспечить повышенный ресурс применяют плоское уплотнение. В конструкциях вентилей с конусным уплотнением золотник и шток часто выполняют невращающимися. Чаще всего это достигается применением разъемного шпинделя. Корпуса вентилей проектируются массивными в районе седла, чтобы деформации, возникающие при монтаже или в результате тепло-смен, не отражались на герметичности изделий. Для того чтобы уменьшить возможную протечку рабочей среды через неплотности сальника, когда арматура полностью открыта, и иметь возможность поднабить сальник, арматура снабжается так называемым верхним уплотнением, которое перекрывает проход среды через зазор сопряжения шпиндель—крышка. С этой целью в нижней части крышки создают внутреннюю конусную поверхность, а на нижнем бурте шпинделя образуют наружную конусную поверхность. При подъеме шпинделя вверх до отказа конусные уплотнительные поверхности верхнего уплотнения соприкасаются, чем исключается возможность прохода рабочей среды в сальник через кольцевой зазор. Использование конуса на колпачке или на выступе тарелки для верхнего уплотнения не рекомендуется, так как во время эксплуатации вентиля, при приложении на маховике больших усилий, может быть сорван затвор со шпинделя или поврежден узел головки шпинделя. Основные параметры запорных вентилей регламентированы ГОСТ 9697—77*. К вентилям и клапанам условно относят конструкции запорной арматуры с мембранным запорным органом (мембранные вентили и клапаны) и со шланговым запорным органом (шланговые вентили и клапаны). Некоторые конструкции кольцевых, мембранных и шланговых клапанов, а также вентилей из неметаллических материалов приведены на рис. 2.45—2.59. Отдельной конструктивной разновидностью являются кольцевые клапаны, отличающиеся тем, что затвором в них является цилиндр (поршень), перекрывающий седло корпуса и отсекающий кольцевую проточную полость корпуса. Приводной механизм располагается внутри корпуса в герметизированной полости. Ось затвора направлена вдоль оси трубопровода. Управление кольцевым клапаном может производиться вручную, электроприводом, поршневым пневмо- или гидроприводом. Привод размещается снаружи корпуса или внутри его. Встроенный поршневой привод применяется при использовании в качестве источника энергии рабочую среду, транспортируемую по трубопроводу. Передаточным механизмом в приводе могут служить кривошипно-шатунный, реечно-зубчатый, винтовой механизмы, а также зубчатая коническая передача. Кольцевые клапаны могут применяться для трубопроводов как с малыми, так и с большими условными диаметрами прохода. Рис. 2.50. Клапаны кольцевые для трубопроводов больших условных диаметров прохода; а — с винтовым механизмом привода; б _ с кривошипно-шатунным механизмом привода; е — с встроенным поршневым приводом Рис. 2.51. Клапан кольцевой с кривошипно-шатунным механизмом привода для трубопроводов малых условных диаметров прохода Они имеют сравнительно низкий коэффициент гидравлического сопротивления и требуют для своего размещения сравнительно небольшой объем. Однако конструкция кольцевых клапанов усложнена, затруднены контроль за их состоянием, очистка, техническое обслуживание и ремонт. Они наиболее пригодны для чистых сред, не дающих осадка, поскольку не позволяют производить очистку трубопровода механическими средствами (при помощи ершей, щеток и шаров)'. В отечественном ар матуростроении они пока не получили распространения.
