Для сброса избыточного давления в атмосферу применяются клапаны предохранительные пружинные, которые представляют собой специальную трубопроводную арматуру, обеспечивающую надежную защиту трубопровода от возникновения неполадок и механических повреждений. Устройство отвечает за автоматический сброс избытка жидкостей, пара и газа из сосудов и систем до того момента, пока давление не будет нормализовано.

Предназначение пружинного клапана

Опасное превышения давления в системе возникает в результате внешних и внутренних факторов. К повышению приводит как неправильный сбор тепломеханических схем, вызывающий сбои в функционировании оборудования, попадание тепла в систему от посторонних источников, так и внутрисистемные физические процессы, которые не предусматриваются стандартными условиями эксплуатации, периодически возникающими в системе.

Предохранительные изделия - обязательная часть любой бытовой или промышленной системы, работающей под давлением. Установка предохранительных механизмов осуществляется на трубопроводах в компрессорных станциях, на автоклавах, в котельных. Клапаны выполняют защитные функции на трубопроводах, по которым транспортируются не только газообразные, но и жидкие вещества.

Устройство и принцип работы пружинных клапанов

Клапан состоит из стального корпуса, нижний штуцер которого используется в качестве соединительного элемента между ним и трубопроводом. Если в системе повышается давление, сброс среды происходит через боковой штуцер. Отрегулированная в зависимости от давления в системе пружина обеспечивает прижимание золотника к седлу. Регулировка пружины происходит посредством специальной втулки, которая вкручена в верхнюю крышку, расположенную на корпусе устройства. Размещенный в верхней части колпак предназначен для защиты втулки от разрушения в результате механических воздействий. Наличие специального ушка для пломбировки позволяет предохранить систему от постороннего вмешательства.

Для клапанов, в которых уравновешивающим механизмом выступает пружина, подбирается усилие рабочего органа. Если параметры подобраны правильно, при нормальном состоянии системы золотник, отвечающий за выпуск излишнего давления из трубопровода, должен быть прижат к седлу. Когда рабочие показатели увеличивается до критического уровня в зависимости от типа пружинного устройства золотник отходит вверх на определенную высоту.

Предохранительный пружинный клапан, обеспечивающий своевременный сброс давления, изготавливают из разных материалов:

• Углеродистая сталь. Подобные устройства подходят для систем, давление в которых пребывает в пределах 0,1-70 Мпа.
• Нержавеющая сталь. Клапаны из нержавеющей стали рассчитаны на системы, давление в которых не превышает 0,25-2,3 Мпа.

Классификация и характеристики пружинных клапанов

Клапан предохранительный пружинный выпускается в трех исполнениях:

• Малоподъемные устройства подходят для систем газопроводов и паропроводов, давление в которых не превышает 0,6 Мпа. Высота подъема такого клапана не достигает более 1/20 диаметра седла
• Среднеподъемные устройства , в которых высота подъема золотника составляет от 1/6 до 1/10 от диметра сопла.
• Полноподъемные устройства , в которых высота подъема клапана достигает до ¼ от диаметра седла.

Известна классификация клапанов исходя из способа их открывания:

• Обратный пружинный клапан. Для управления обратными пружинными клапанами привлекается непрямой посторонний источник давления. Обратные пружинные клапаны, которые называют импульсными предохранительными устройствами, могут работать посредством воздействия электроэнергии.
• Прямой клапан. В устройствах прямого типа рабочее давление среды оказывает непосредственное воздействие на золотник, который поднимается при повышении давления.

Выделяют клапаны открытого и закрытого типа . В случае использования устройства прямого типа при открывании клапана среда сбрасывается прямо в атмосферу. Клапаны закрытого типа остаются полностью герметичными по отношению к окружающей среде, сбрасывая давление в специальный трубопровод.

Преимущества

Выделяют различные виды оборудования, обеспечивающего сброс избыточного давления из системы, но клапаны предохранительные пружинные пользуются популярностью благодаря наличию важных преимуществ:

• Простота и надежность конструкции.
• Легкость осуществления настройки рабочих параметров и удобство монтажа.
• Разнообразие размеров, типов и конструктивных исполнений.
• Установка предохранительного изделия возможна как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.
• Относительно небольшие габаритные размеры.
• Большое проходное сечение.

К минусам предохранительных клапанов относят наличие ограничений в высоте подъема золотника, повышенные требования к качеству изготовления пружины для предохранительных клапанов, которая может выйти из строя при работе в условиях агрессивной среды или постоянном воздействии высоких температур.

Как выбрать пружинный клапан?

При выборе предохранителя стоит основываться на нескольких важных принципах, от учета которых зависит бесперебойная работа системы и возможность выполнения предохранителем необходимых функций:

• Предохранительные пружинные клапаны обладают наименьшими габаритами по сравнению с другими типами клапанов предохранительных сбросных, поэтому их следует выбирать в тех случаях, когда свободного пространства недостаточно.
• Особенности применения клапанов связаны с наличием повышенных вибраций, которые отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики устройства и могут быстро привести его в негодность. Например, устройства рычажно-грузового типа более подвержены поломкам из-за воздействия вибраций в силу наличия в конструкции длинного рычага с весом и шарниров. Поэтому для систем, в которых наблюдаются значительные вибрационные воздействия, стоит выбирать предохранительный пружинный клапан.
• В зависимости от особенностей конструкции прибора, пружина со временем может изменять усилие давления. Это связано с тем, что постоянный подъем золотника вызывает изменения в структуре металла.

Нюансы монтажа

Предохранительный клапан пружинного типа устанавливают в любой точке системы, которая подвергается повышенному давлению и находится под угрозой получить механические повреждения. Устройство не требует наличия большого свободного пространства, что является значительным преимуществом по сравнению с другими типами предохранительных устройств.

С целью избежания неполадок в работе перед предохранительным клапаном не следует устанавливать любую запорную арматуру. Для сброса газообразной среды устанавливаются специальные устройства или же сброс происходит непосредственно в атмосферу. Для оповещения персонала вместе с пружинными клапанами монтируют специальный свисток, который размещают на сбросном патрубке. При срабатывании клапана будет поступать сигнал свистка, означающий, что в системе повысилось давление и клапан открылся для сброса среды.

Возможные причины поломок предохранительного клапана

Клапаны предохранительные – это прочные и надежные устройства, обеспечивающие постоянную защиту систем от превышения давления. Прямой или обратный пружинный клапан выходят из строя по нескольким причинам:

• Наличие повышенных вибраций;
• Постоянное воздействие агрессивной среды на предохранительный дроссель.
• Неправильная установка предохранительного пружинного дросселя или клапана.

С целью избегания аварий и неисправностей в функционировании систем предохранительные клапаны проходят периодические проверки на наличие неполадок. Клапаны тестируют на прочность и плотность перед введением в эксплуатацию. Также периодические проверки проводятся с целью определения герметичности уплотнительных поверхностей и сальниковых соединений.

При правильном выборе предохранительных устройств с учетом параметров системы, проведении периодических проверок и своевременном устранении неисправностей предохранительные пружинные клапаны обеспечат надежное функционирование системы и безотказную защиту от превышения давления на протяжении длительного времени.

Обратный клапан – элемент трубопроводной системы, предусматривающий движение рабочей среды только в одном направлении. Его использование обязательно для автономных насосных станций и другого оборудования, которое может выйти из строя при движении потока жидкости в обратном направлении.

Обратный клапан пружинный – одна из разновидностей запорных элементов. Он относится к категории арматуры прямого действия и срабатывает автоматически от энергии рабочей среды, что предупреждает выход оборудования из строя при отключении электроснабжения и других неисправностях.

Конструктивные особенности

Пружинный клапан конструктивно состоит из трех элементов:

1. Корпус, выполненный обычно из латуни и оборудованный элементами для крепления к трубопроводу (муфта, резьба). Изготавливается корпус также из стали, чугуна и полипропилена. Выбор материала определяется параметрами рабочей среды, диаметром трубопровода.
2. Рабочий элемент, представляющий подвижный золотник, включает две тарелки со специальной герметичной прокладкой между ними и шток.
3. Исполнительный орган, представляющий пружину, расположенную между тарелками рабочего элемента и седлом. Обеспечивает автоматическое перекрытие тока жидкости при снижении давления или изменении его направления. От жесткости пружины зависит минимальное давление рабочей среды, при котором клапан автоматически открывается.

Преимущества обратных клапанов пружинных:

• возможность монтажа в любом положении;
• простота конструкции;
• универсальность.

Вместе с этим клапан чувствителен к загрязнениям в воде, которые ведут к износу герметизирующих тарелок, поэтому желательно перед ним устанавливать фильтр. Также рекомендуется монтировать клапан в легкодоступных местах для упрощения его технического обслуживания и замены.

Желательно устанавливать клапан в вертикальном положении таким образом, чтобы блокирующее усилие пружины совпадало с действием силы тяжести. Для правильного монтажа необходимо ориентироваться на стрелку, нанесенную на корпус клапана, которая показывает пропускаемое направление тока рабочей среды.

Сфера применения

Обратные клапаны пружинные широко используют в системах автономного водоснабжения, внутридомовых сетях многоквартирных зданий. Они устанавливаются на всасывающих линиях насосов, перед емкостными водонагревателями, бойлерами, счетчиками воды и другим оборудованием.

Предохранительный клапан представляет собой трубопроводную арматуру, которая защищает оборудование и трубопроводы высокого давления от механических повреждений и различного рода разрушений в результате возникновения аварийных ситуаций. Достигается это посредством выпуска избыточного количества жидкости, газа или пара из системы, а также сосудо в, в которых образуется чрезмерное давление. К тому же, данный клапан предотвращает сброс рабочей среды, когда номинальное давление восстанавливается.

Клапан предохранительный – это механизм, функционирующий в непосредственном контакте с рабочей средой вместе с другими конструкциями, выполняющими функцию защитной арматуры, в том числе, регуляторами давления.

Основные типы клапанов и их предназначение

Все предохранительные изделия могут отличаться между собой по целому ряду параметров, в зависимости от конструкционных особенностей, а именно:

1. По типу замыкающего клапана:
   • пропорциональный;
   • двухпозиционный.
2. По высоте подъема замыкающего органа:
   • малоподъемные;
   • среднеподъемные;
   • полноподъемные.
3. В зависимости от типа нагрузки на золотник:
   • пружинные;
   • рычажные;
   • рычажно-пружинные;
   • магнитно-пружинные.

Также предохранительные клапаны могут отличаться по характеру работы и представлять собой устройства прямого или непрямого действия. Первые считаются классическими предохранительными механизмами, а вторые относятся к классу импульсных приборов. Наиболее часто используемая в промышленности модификация – это угловой предохранительный дроссель пружинного типа.

Высокое давление (вернее его избыток) может возникать в системе по разным причинам, вызванным физическими внутренними процессами или же другими внешними факторами, такими, например, как:

неисправности в работе оборудования;

нежелательное поступление тепла извне;

ошибки при сборе тепломеханической схемы. Предохранительный клапан зачастую устанавливается в тех местах, где существует вероятность возникновения таких осложнений. Данные устройства совместимы практически с любым оборудованием, но наиболее востребованы они при использовании с бытовыми или промышленными резервуарами, работающими в условиях высокого давления.

Пружинный тип предохранительного клапана

Пружинные предохранительные клапаны защищают оборудование, и тем самым предотвращают его разрушение, в результате превышения давления выше нормы. Они используются на котлах, различных резервуарах, емкостях, трубопроводах и выполняют функцию сброса рабочей среды. Излишки могут быть выброшены просто в атмосферу или же в специальную отводящую трубопроводную систему. После того как давление нормализируется, клапан закрывается. Главными характеристиками предохранительного пружинного клапана являются его пропускная способность, а также значение давления срабатывания. Последнее настраиваться на специальном оборудовании в заводских условиях, а для тестирования работы устройства, либо удаления грязи, скапливающейся по ходу эксплуатации, клапаны имеют устройство, позволяющее открывать вручную данный прибор, хотя некоторые модификации могут обходиться и без него. Для эффективной и надежной эксплуатации клапана в газообразной среде, в его конструкции может присутствовать устройство принудительного обдува. В пружинных клапанах давлению среды на затворе противостоит степень сжатия пружины. Именно она определяет силу срабатывания, а от упругости используемой пружины зависит диапазон регулировок. Широкую популярность данная арматура получила за счет своей простой конструкции, легких настроек и широкого ассортимента данной продукции. Всё это позволяет подбирать наиболее подходящую модель для эксплуатации в конкретных условиях. Предохранительный дроссель монтируется вертикально. Элементом запирания в устройстве пружинного клапана выступает дисковый затвор. Специальное приспособление, наряду с пружиной задает прижимную силу и в случае возникновения избыточного давления, заявленной прижимной силы не хватает для удержания среды. В результате происходит процесс удаления её излишков из системы до тех пор, пока уровень давления не нормализуется до исходного уровня. Узнать больше об устройстве и особенностях конструкции конкретного пружинного клапана, можно изучив его паспорт. Основными его компонентами являются запорный орган, состоящий из затвора и седла, а также задатчик. Задатчик позволяет настраивать клапан. Очень важно, чтобы золотник вплотную прилегал к седлу и препятствовал утечкам. Такие настройки осуществляются с помощью винта. Затвор, как правило, закрывается при появлении давления, которое меньше чем рабочее на 10%.

Предохранительные клапаны рычажного типа

Рычажным клапаном называют устройство, в котором запорный орган герметизируется с помощью пружины или груза. Предназначение таких клапанов неизменно – сброс лишнего объема рабочей среды в случае чрезмерного повышения давления. Настраивают рычажный клапан так, чтобы при нормальных показателях давления, положение затвора всегда оставалось закрытым. Золотник клапана ощущает давления сразу двух сил – это могут быть груз или пружина, а также непосредственно рабочее вещество. Груз фиксируется на плече рычага и его вес передается на шток клапана. При заранее определенных параметрах давления, сила прижимания затвора к седлу должна быть выше, чем сила давления рабочей среды и, соответственно, клапан удерживается в закрытом положении. При повышении давления, в определенный момент прижимная сила становятся равнозначной ей и именно в этот момент клапан открывается. В период, когда клапан открыт, выполняется забор лишней рабочей среды, вследствие чего снижается давление в системе. После этого затвор опять прижимается к седлу и клапан закрывается. Подавляющее большинство рычажных клапанов выполнены в виде углового корпуса (угол расположения штуцеров составляет 90 градусов). Но бывают и такие конструкции, в которых штуцеры расположены на одной оси. Данный корпус называется проходным. Основным предназначением рычажных клапанов является защита от всевозможных аварийных ситуаций. В связи с этим данный вид арматуры считается особенно важным ответственным узлом. Как и любое другое изделие, рычажные клапаны должны соответствовать определенным требованиям:

• срабатывание при возникновении избыточного давления должно осуществляться быстро и без каких-либо осложнений, а при снижении его показателей до нормы, клапан обязан вернуться в закрытое положение;
• пропускная способность отдельно взятого клапана должна быть достаточной и равноценной количеству подаваемой рабочей среды.

Клапан предохранительный пружинный (КПП) – вид трубопроводной арматуры, предназначенный для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от превышения давления свыше заранее установленной величины посредством сброса избытка рабочей среды и обеспечивающий прекращение сброса при давлении закрытия и восстановлении рабочего давления.

Основные сборочные единицы и детали клапана:

1 - корпус, 2 - седло, 3 - золотник, 4 - крышка, 5 - шток, 6 - гайка, 7 - шпилька, 8 - пружина, 9 -сильфон (устанавливается в сильфонных клапанах), 10 - стопорный винт, 11 - регулировочная втулка, 12 -направляющая втулка, 13 - перегородка, 14 - регулировочный винт, 15 - колпак, 16 – резьбовой фланец.

Принцип работы. При нормальном рабочем давлении усилие сжатой пружины прижимает золотник к седлу (проход для сброса рабочей среды закрыт). При повышении давления сверх установленной величины на золотник начинает действовать противоположно направленная сила, которая сжимает пружину, и золотник поднимается, открывая проход для сброса рабочей среды. После снижения давления перед клапаном до давления закрытия золотник под действием пружины вновь прижимается к седлу, прекращая сброс среды.

Установочное положение – вертикальное, колпаком вверх.

Герметичность затвора – класс «В» ГОСТ Р 54808. По требованию заказчика возможно изготовление с другими классами герметичности.

Возможные исполнения клапанов:

• Герметичным колпаком, имеющим узел принудительного открытия, и без такового узла.
• Уравновешивающим сильфоном.
• Термозащитной перегородкой.
• «Открытой» крышкой.
• Стопорным элементом, препятствующим срабатыванию клапана.

Присоединение к трубопроводу:

• фланцевое;
• под линзовую продладку (фланец по ГОСТ 9399);
• штуцерное;
• цапковое.

Клапаны с сильфоном.

Сильфон – механизм, компенсирующий действие противодавления на выходе из клапана. Сильфон предназначен для защиты пружины клапана от вредного воздействия агрессивной рабочей среды в условиях повышенных или пониженных температур. Сильфонные клапаны изготавливаются из сталей марок 12Х18Н9ТЛ и 12Х18Н12МЗТЛ и предназначены для рабочих сред с температурой от минус 60 °С и ниже. Обозначение сильфонных клапанов: КПП4С, КППС.

Исполнение уплотнительных поверхностей и присоединительные размеры фланцев клапана – по ГОСТ 12815-80, ряд 2, строительные длины – по ГОСТ 16587-71.

Клапаны DN 25 PN 100 кгс/см2 могут изготавливаться со штуцерными концами для присоединения к трубопроводу по ГОСТ 2822-78, а также с фланцевым соединением по ГОСТ 12815-80, ряд 2.

Предохранительные клапаны номинальным давлением PN 250 кгс/см2 и PN 320 кгс/см2, как и другие модели, предназначены для защиты оборудования от недопустимого превышения давления посредством автоматического сброса избытка рабочей среды. Используются на оборудовании с жидкими и газообразными рабочими средами, не вызывающими коррозию корпусных деталей более 0,1 мм.

Предохранительные клапаны со штампосварным корпусом могут изготавливаться с индивидуальной строительной длиной (L и L1), высотой (H) и присоединительными размерами фланцев, что позволяет использовать их в качестве заменителей импортной арматуры без изменения уже смонтированного оборудования и трубопроводов.

Расчет пропускной способности клапанов – по ГОСТ 12.2.085-2002.

Давление настройки, Рн – наибольшее избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивается заданная герметичность затвора.

Давление начала открытия, Рн.о. (давление начала трогания; установочное давление) – избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором усилие, стремящееся открыть клапан, уравновешено усилиями, удерживающими запирающий элемент на седле. При давлении начала открытия заданная герметичность в затворе клапана нарушается и начинается подъем запирающего элемента.

Давление полного открытия, Рп.о. – избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором совершается ход арматуры и достигается максимальная пропускная способность.

Давление закрытия, Рз (давление обратной посадки) – избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором после сброса рабочей среды происходит посадка запирающего элемента на седло с обеспечением заданной герметичности затвора. Давление закрытия клапанов, Рз – не менее 0,8 Рн.

Противодавление – избыточное давление на выходе арматуры (в частности, из предохранительного клапана).

Противодавление представляет собой сумму статического давления в выпускной системе (в случае закрытой системы) и давления, возникающего от ее сопротивления при протекании рабочей среды.

Обязательная минимальная информация для заказа.

При заказе клапанов необходимо заполнить опросный лист (Приложение В):

• тип изделия, обозначение, обозначение типа (по таблице фигур);
• номинальный диаметр входного патрубка, DN, мм;
• номинальное давление, PN, кгс/см2;
• давление настройки (Рн, кгс/см2) или номер пружины (при указании только номера пружины клапан настраивается на минимальное значение из диапазона указанной пружины);
• материал корпуса;
• наличие в конструкции клапана узла ручного подрыва;
• наличие в конструкции клапана сильфона.

Пример обозначения при заказе клапана предохранительного пружинного:

Пример обозначения при заказе клапана предохранительного пружинного DN 50 PN 16 кгс/см2 из стали 12Х18Н9ТЛ с узлом ручного подрыва, давлением настройки – Рн=16 кгс/см2, модели КПП4Р по ТУ 3742-005-64164940-2013:

Клапан предохранительный КПП4Р 50-16 DN 50 PN 16 кгс/см2, Рн=16 кгс/см2, 17нж17нж. При оформлении заказа особо оговаривается необходимость комплектации клапанов ответными деталями (ответные фланцы, прокладки, шпильки, гайки; для клапанов DN 25 PN 100 – ниппели с накидными гайками и прокладками).

Компания «НЕМЕН» реализует предохранительные клапаны, предназначенные для работы в различных средах. Мы предлагаем , которая может быть установлена вертикально на участке трубопровода или котельных агрегатах.

Назначение предохранительной арматуры

Предохранительный клапан — вид арматуры, который предназначен для автоматической защиты трубопроводов и оборудования от превышения давления сверх определенной, заранее установленной величины, путем сброса избыточной массы рабочей среды. Клапан также обеспечивает остановку сброса при восстановлении нормального рабочего давления. Предохранительный клапан — это арматура прямого действия, работающая непосредственно от энергии рабочей среды.

Принцип работы предохранительного клапана

Когда клапан предохранительный находится в закрытом состоянии, на чувствительный элемент арматуры воздействует сила от рабочего давления в трубопроводе, которая стремится открыть клапан, а также препятствующая открытию сила от задатчика. В случае возникновения в системе возмущений, провоцирующих повышение давления среды свыше рабочего, сила прижатия золотника к седлу уменьшается. Когда ее величина равна нулю, наблюдается равновесие активных сил от задатчика и давления среды, одновременно воздействующих на клапан. Если давление в системе продолжает возрастать, запорный орган открывается и происходит сброс избытка среды через клапан. Уменьшение объема среды ведет к нормализации давления в системе и исчезновению возмущающих воздействий. Когда уровень давления опускается ниже предельно допустимого, запорный орган возвращается в исходное положение под воздействием силы от задатчика.

Предохранительные пружинные клапаны

В таких предохранительных клапанах в качестве противодействия давлению рабочей среды на золотник используется сила сжатия пружины. За счет установки различных пружин один и тот же предохранительный пружинный клапан может использоваться для нескольких пределов настройки максимально допустимого давления. В пружинных клапанах отсутствует уплотнение по штоку. Если арматура устанавливается в системах с агрессивной рабочей средой, пружина изолируется с помощью сальниковых устройств, эластичной мембраны или сильфона. Сильфонное уплотнение используется в случаях, когда недопустима утечка рабочей среды из трубопровода.