Устройство регулирующего клапана: Виды регулирующих клапанов и их особенности – Устройство регулирующего клапана

Содержание

Регулирующий клапан — Википедия

Современный регулирующий клапан с электрическим приводом.

Регулирующий клапан — один из конструктивных видов регулирующей трубопроводной арматуры. Это наиболее часто применяющийся тип регулирующей арматуры как для непрерывного (аналогового), так и для дискретного регулирования расхода и давления. Выполнение этой задачи регулирующие клапаны осуществляют за счёт изменения расхода среды через своё проходное сечение[1].  Материал изготовления регулирующих клапанов зависит напрямую от типа рабочей среды, с которой клапан будет иметь контакт.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации применяются различные виды управления регулирующей арматурой, чаще всего при этом используются специальные приводы и управление с помощью промышленных микроконтроллеров по команде от датчиков, фиксирующих параметры среды в трубопроводе. Используются электрические, пневматические, гидравлические и электромагнитные приводы для регулирующих клапанов. В современной промышленности уже редко, но все же встречается, основной способ управления регуляторами в прошлом — ручное управление

[2].

Проходной запорно-регулирующий клапан с электрическим приводом.

Также применяются запорно-регулирующие клапаны, с помощью этих устройств осуществляется как регулирование по заданной характеристике, так и уплотнение затвора по нормам герметичности для запорной арматуры, что обеспечивается специальной конструкцией плунжера, имеющего профильную часть для регулирования, а также уплотнительную поверхность для плотного контакта с седлом в положении «закрыто».

Для присоединения регулирующих клапанов к трубопроводам применяются все известные способы (фланцевый, муфтовый, штуцерный, цапковый, приваркой), но приварка к трубопроводу используется только для клапанов, изготовленных из сталей.

Большинство из регулирующих клапанов весьма схожи по конструкции с запорными клапанами, но есть и свои специфические виды.

По направлению потока рабочей среды регулирующие клапаны делятся на:

  • проходные — такие клапаны устанавливаются на прямых участках трубопровода, в них направление потока рабочей среды не изменяется;
  • угловые — меняют направление потока на 90°;
  • трехходовые (смесительные) — имеют три патрубка для присоединения к трубопроводу (два входных и один выходной) для смешивания двух потоков сред с различными параметрами в один. В сантехнике такое устройство имеет название смеситель.

Основные различия регулирующих клапанов заключаются в конструкциях регулирующих органов[1][3].

Устройство и принцип действия

На поясняющем рисунке справа изображен простейший проходной односедёльный регулирующий клапан в разрезе. Где:

  • B — корпус арматуры;
  • F — фланец для присоединения арматуры к трубопроводу.
  • P — узел уплотнения, обеспечивающий герметичность арматуры по отношению к внешней среде;
  • S — шток арматуры, передающий поступательное усилие от механизированного или ручного привода затвору, состоящему из плунжера и седла;
  • Tплунжер, своим профилем определяет характеристику регулирования арматуры;
  • Vседло арматуры, элемент, обеспечивающий посадку плунжера в крайнем закрытом положении.

Усилие от привода с помощью штока передается на затвор, состоящий из плунжера и седла. Плунжер перекрывает часть проходного сечения, что приводит к уменьшению расхода через клапан. Согласно закону Бернулли при этом увеличивается скорость потока среды, а статическое давление в трубе падает. При полном закрытии плунжер садится в седло, поток перекрывается, и, если затвор будет полностью герметичен, давление после клапана будет равно нулю

[1].

Конструкции регулирующих органов

Односедёльные и двухседёльные

В седёльных клапанах подвижным элементом служит плунжер, который может быть игольчатым, стержневым или тарельчатым. Плунжер перемещается перпендикулярно оси потока среды через седло (или сёдла), изменяя проходное сечение. Наиболее часто встречаемые — двухседёльные клапаны, так как их затвор хорошо уравновешен, что позволяет их применять для непрерывного регулирования давления до 6,3 МПа в трубопроводах диаметром до 300 мм, при этом используя исполнительные механизмы меньшей мощности, чем односедёльные. Односедёльные клапаны применяются чаще всего для небольших диаметров прохода из-за своего неуравновешенного плунжера. Также преимущество двухседёльных клапанов состоит в том, что такой конструкцией гораздо легче обеспечить требуемую для

запорно-регулирующей арматуры герметичность с помощью плунжера, имеющего специальный регулирующий профиль для контакта с одним седлом, а для посадки в другое седло — уплотнительную поверхность для более плотного контакта[1][3].

Клеточные

Затвор клеточных клапанов выполняется в виде полого цилиндра, который перемещается внутри клетки, являющейся направляющим устройством и, одновременно, седлом в корпусе. В клетке имеются радиальные отверстия (перфорация), позволяющие регулировать расход среды. Ранее такие клапаны назывались поршневыми перфорированными. Клеточные клапаны за счёт своей конструкции позволяют снизить шум, вибрацию и кавитацию при работе арматуры[1][3].

Мембранные

Skisse seteventil.jpg

В клапанах этого типа используются встроенные или вынесенные мембранные пневмо- или гидроприводы. В случае встроенного привода расход рабочей среды напрямую изменяется за счёт перекрытия прохода в седле гибкой мембраной из резины, фторопласта или полиэтилена, на которую воздействует давление управляющей среды. Если привод вынесен, то перестановочное усилие передаётся через мембрану на опору штока клапана, а через него на регулирующий орган; когда давление управляющей среды сбрасывается, пружина возвращает мембрану в начальное положение. Чтобы усилия от среды и сила трения в направляющих и уплотнении не приводили к снижению точности работы клапана, в такой арматуре часто используются дополнительные устройства — позиционеры, контролирующие положение штока. Мембранные клапаны могут быть как одно-, так и двухседёльные. Основным достоинством таких клапанов является высокая герметичность подвижного соединения и коррозионная стойкость материалов, из которых изготавливаются мембраны, что позволяет обеспечить хорошую защиту внутренних поверхностей арматуры от воздействия рабочих сред, которые могут быть агрессивными

[1][3][2].

Золотниковые

Rotating valve.gif

В этих устройствах регулирование расхода среды происходит при повороте золотника на необходимый угол, в отличие от других клапанов с поступательным движением штока или мембраны. Такие клапаны применяются, как правило, в энергетике и имеют альтернативное название «регулирующий кран», так как по принципу действия принадлежат к кранам[1][3].

См. также

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Поговорим об арматуре. Р.Ф.Усватов-Усыскин — М.: Vitex, 2005.
  2. 1 2 Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник. Под общей редакцией С.И.Косых. — Л.: Машиностроение, 1982.
  3. 1 2 3 4 5 Трубопроводная арматура. Справочное пособие. Д.Ф.Гуревич — Л.: Машиностроение, 1981.

регулирующий вентиль, клапан, регулятор давления и другие

Выбор типа регулирующей арматуры (регулирующего вентиля, регулиру­ющего клапана, регулятора давления и т. д.) определяется исходя из назначения арматуры. Для непрерывного регулирования среды с целью изменения регули­руемого параметра (температуры, концентрации, давления и т. д.) обычно ис­пользуются двухседельные клапаны с пневматическим мембранным исполнитель­ным механизмом (МИМ). При этом необходимо иметь пневматическую сеть ком­муникаций для дистанционного управления арматурой. При ее отсутствии используются регулирующие клапаны с электромоторным приводом. При агрес­сивных средах применяются регулирующие клапаны из коррознонностойкой стали или мембранные чугунные регулирующие клапаны с неметаллическим коррозионностойким покрытием.

Расход регулируемой среды изменяется в соот­ветствии с сигналом, поступающим от прибора системы автоматического упра­вления или регулирования. Изменение расхода происходит в связи с изменением открытого сечения между плунжером и седлом в корпусе клапана. Величина открытого сечения в седле зависит от положения плунжера относительно седла. Положение плунжера определяется положением равновесия подвижной системы клапан — МИМ. Равновесие системы создается в момент равенства усилия пру­жины и силы давления воздуха на мембрану.

Силовая характеристика пружины имеет линейную зависимость от хода сжатия, поэтому перемещение плунжера происходит пропорционально давлению воздуха на мембрану (если не учитывать влияния незначительной нелинейности некоторых параметров мембраны и пру­жины). Профиль плунжера обеспечивает изменение расхода от минимального до максимального. Клапаны могут иметь вид действия НО (нормально открыт) и НЗ (нормально закрыт).

Регулирующая арматура не должна использоваться как запорная, для герметичного перекрытия прохода среды в трубопроводе помимо регулирующей необходимо устанавливать запорную арматуру. Это необходимо еще и потому, что двухседельные регулирующие клапаны, которые наиболее часто применяются, не могут обеспечить герметичное перекрытие обоих седел одновременно. В отдель­ных случаях, когда по условиям работы необходимо герметичное перекрытие седла, должны быть использованы односедельные клапаны, несмотря на при­сущий им недостаток — неуравновешенность плунжера.

Регулирующие клапаны широко используются в системах регулирования с посторонним источником энергии (сжатый воздух, электроэнергия, гидравлика). Для поддержания давления среды в требуемых пределах без постороннего источника энергии используются регуляторы давления («до себя» или «после себя»), в которых источником энергии является рабочая среда, транспортируемая по трубопроводу и служащая одновременно управляющей средой.

Регулирующий клапан в системе автоматического регулирования является исполнительным устройством. ГОСТ 14691—69 регламентирует терминологию в области исполнительных устройств общепромышленного назначения, пред­назначенных для воздействия на технологические процессы путем изменения расхода проходящих через них сред.

Допускается применение и отраслевых терминов, являющихся дополнением к терминам, устанавливаемым вышеуказанным стандартом, и отражающих спе­цифические требования к исполнительным устройствам отрасли.

Исполнительным называется устройство системы автоматического управле­ния или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с полученной командной информацией. Исполнительное устройство состоит из двух функци­ональных блоков (исполнительного механизма и регулирующего органа) и может оснащаться дополнительными блоками. Исполнительные устройства подразде­ляются на нормально открытые НО, в которых при прекращении подвода энер­гии, создающей   перестановочное   усилие,   проход   открывается,   и нормально

закрытые НЗ, в которых при прекращении подвода энергии, создающей переста­новочное усилие, проход закрывается.

Исполнительный механизм является функциональным блоком и предназна­чен для управления регулирующим органом в соответствии с командной информа­цией. В зависимости от управляющей энергии исполнительные механизмы под­разделяются на пневматические, гидравлические и электрические. Различаются следующие виды исполнительных механизмов: мембранные механизмы, в которых перестановочное усилие хотя бы в одном направлении создается давлением упра­вляющей среды в мембранной полости; пружинные мембранные, в которых пере­становочное усилие в одном направлении создается давлением управляющей среды в мембранной полости, а в другом — силой сжатой пружины; беспружин­ные мембранные, в которых перестановочное усилие в обоих направлениях соз­дается в двух мембранных полостях; поршневые, в которых перестановочное уси­лие создается давлением рабочей среды в поршневых полостях; пружинные порш­невые, в которых перестановочное усилие в одном направлении создается давле­нием рабочей среды в поршневой полости, а в другом — силой сжатой пружины.

В зависимости от перемещения выходного элемента исполнительные меха­низмы подразделяются на прямоходные, в которых выходной элемент переме­щается поступательно; поворотные, в которых выходной элемент перемещается по дуге окружности не более чем на 360°, и многооборотные, в которых выходной элемент вращается, совершая поворот более 360°. Выходным элементом назы­вается элемент исполнительного механизма, передающий перестановочное усилие или момент регулирующему органу.

Регулирующий орган представляет собой рабочий орган регулирующей арматуры, воздействующий на процесс путем изменения пропускной способ­ности. Запорно-регулирующий орган — регулирующий орган, обеспечивающий герметичное закрытие прохода.

Регулирующие органы могут быть следующих видов: заслоночный (поворот-пая заслонка), односедельный, двухседельный, трехходовой (смесительный или разделительный), шланговый, мембранный. Подвижная часть регулирующего органа, перемещением которого осуществляется изменение пропускной способ­ности, называется плунжером. Проходное сечение регулирующего органа обра­зуется между плунжером и седлом — кольцевой неподвижной частью регулиру­ющего органа.

Дополнительные блоки (позиционеры, дублеры, датчики положения, фикса­торы и т. д.) предназначены для расширения области применения исполнительного устройства в различных схемах управления.

Позиционер предназначен для уменьшения рассогласования путем введения обратной связи по положению выходного элемента исполнительного механизма. Ручной дублер используется для ручного механического управления регулиру­ющим органом. Датчик положения дает информацию о положении выходного элемента исполнительного механизма или затвора регулирующего органа. Фикса­тор положения фиксирует положение выходного элемента исполнительного механизма или плунжера регулирующего органа.

Исполнительные устройства в зависимости от исполнительных механизмов и регулирующих органов подразделяются: по виду используемой энергии на пневматические, электрические и гидравлические; в зависимости от использова­ния соответствующих преобразователей — на электропневматические, электро­гидравлические и пневмогидравлические; в зависимости от конструкции испол­нительного механизма и управляющей жидкой или газообразной среды — на мембранные пневматические, поршневые пневматические, мембранные гидравли­ческие, поршневые гидравлические; в зависимости от регулирующего органа — на заслоночные, односедельные, двухседельные, трехходовые, шланговые и мемб­ранные.

Эксплуатационные свойства исполнительных устройств (регулирующих клапанов) в значительной мере определяют характеристики, которые можно разделить на гидравлические, силовые и конструктивные. К характеристикам исполнительных устройств относятся следующие.

Пропускная способность Kv определяется объемным расходом жидкости (м3/ч) с плотностью, равной 1000 кг/мэ, при прохождении ее через регулирующий орган и при перепаде давления на нем в 0,1 МПа. Текущее значение пропускной способности при заданной величине хода в процентах указывается соответству­ющим индексом, например Kv10 , Kv50.

Условная пропускная способность Kvy представляет собой номинальное значение величины пропускной способности при условном ходе затвора (м3/ч).

Начальная пропускная способность Kv0 определяется номинальным значе­нием величины пропускной способности в момент открытия затвора. Минималь­ная пропускная способность Kvmin соответствует номинальному значению мини­мальной величины пропускной способности при сохранении пропускной харак­теристики   регулирующего   органа.

Максимальная действительная пропускная способность Kv100 представляет собой значение величины пропускной способности при максимальном действи­тельном ходе затвора.

Диапазон изменения пропускной способности Дkv Kvy/Kvmin, т.е. отно­шение значения условной пропускной способности к значению минимальной пропускной способности.

Пропускная характеристика Kу =f (S) определяет зависимость пропускной способности от перемещения затвора S. Промышленность выпускает регулиру­ющие клапаны с линейной и равнопроцентной пропускными характеристиками, которые наиболее часто применяются при регулировании технологических про­цессов на производстве. Линейная пропускная характеристика обеспечивает приращение пропускной способности пропорционально перемещению затвора: dKv = ndS, где п = Kvy/Sy — коэффициент пропорциональности.

Равнопроцентная пропускная характеристика обеспечивает приращение пропускной способности по ходу, пропорционально текущему значению пропуск­ной способности:

dKV/ dS =n1Kv,

где

— коэффициент пропорциональности.

Рабочая расходная характеристика определяет зависимость расхода в рабо­чих условиях от перемещения затвора.

Негерметичность исполнительного устройства выражает собой расход через закрытое исполнительное устройство, выраженный в процентах от условной пропускной способности.

Ходовая характеристика представляет собой зависимость перемещения ходо­вого элемента исполнительного механизма или затвора регулирующего органа в исполнительном устройстве от командной информации S = f (xi), где хi — те­кущая величина командного сигнала.

Конструктивная характеристика выражает зависимость площади прохода между затвором и седлом регулирующего органа от перемещения затвора. Услов­ный ход Sy определяется номинальной величиной полного хода выходного эле­мента исполнительного механизма или затвора исполнительного устройства. Действительный ход SД определяется величиной хода, обеспечиваемой данным экземпляром исполнительного механизма или исполнительного устройства при заданной величине командного сигнала. Приведенный ход Sп представляет собой значение хода, рассчитанное пропорционально изменению командного сигнала исходя из максимального действительного хода.

Основная приведенная погрешность б характеризуется абсолютной вели­чиной отношения наибольшей разности действительного и приведенного ходов к величине условного хода при незаполненном регулирующем органе в сальнике, затянутом усилием, обеспечивающим герметичность штока в рабочих условиях. Основная приведенная погрешность выражается в процентах

Вариация хода штока выражается отношением наибольшей разницы между значениями хода, соответствующими одному и тому же значению командного сигнала при прямом и обратном ходах, к величине условного хода. Вариация хода штока выражается в процентах.

Порог чувствительности исполнительного устройства определяется отноше­нием наименьшего значения величины изменения командного сигнала, вызыва­ющей начало перемещения, к диапазону командного сигнала. Порог чувстви­тельности выражается в процентах.

Рассогласование хода  выражается отношением разности действительного и приведенного ходов к величине условного хода в рабочих условиях. Рассо­гласование хода выражается в про­центах.

Рис. 21.1. Ходовые характеристики испол­нительных    устройств    с    пружинными (мембранными  и  поршневыми)  исполни­тельными механизмами:

1— условная; 2 — расчетная: 3 и 4 — дейст­вительные при прямом и обратном ходе соответ­ственно: Sy — условный ход; SП — приведенный ход; Sд — действительный ход; xH, хK, xi — началь­ное, конечное и текущее значения командного сигнала.

Графическое изображение хо­довых характеристик приведено на рис. 21.1. В табл. 21.1 указаны рекомендуемые сокращенные обо­значения исполнительных устройств и их элементов. Некоторые из них, такие как НО, НЗ, МИМ, уже широко применяются.

Как элемент гидравлической системы арматура (клапан, вентиль, задвижка, заслонка н т. п.) пред­ставляет собой местное сопротивле­ние, при прохождении через кото-рос жидкой или газовой среды соз­дается перепад давлений, теряемый на преодоление этого местного со­противления.

Перепад давлений (МПа) выра­жается формулой

где ζ — коэффициент гидравличе­ского сопротивления арматуры; υ— скорость среды (м/с), отнесенная к Dу; δ — коэффициент,   учитывающий влияние   сжимаемости    на   потерю   напора; ψ — коэффициент,   учиты­вающий   влияние вязкости  среды на потерю напора; ρ— плотность жидкой среды, кг/м3.

Для жидких сред незначительной вязкости δ=1 и ψ=1, тогда


Массовый расход G (кг/ч) и объемный расход Q э/ч) жидкой среды, протека­ющей через арматуру, при известном перепаде давлений определяются по фор­мулам

где Fy — площадь поперечного сечения прохода по условному диаметру Dy, см2. Когда средой является вода (ρ = 1000 кг/м3) и перепад давлений на клапане Δр = 0,1 МПа, расход среды будет равен условной величине

21.1. Сокращенные обозначения исполнительных устройств и их элементов


Величина QУ характеризует пропускную способность арматуры и обозна­чается Кv. Следовательно, коэффициент пропускной способности Kv численно равен расходу воды (м3/ч) через арматуру при турбулентном режиме движения среды и перепаде давлений на арматуре Δр = 0,1 МПа.

При инженерных расчетах применяют формулу

Тогда


Поскольку при разных положениях плунжера величина Kv различна, ставится индекс, показывающий величину хода плунжера в процентах (за исходное положе­ние принимается закрытый клапан). Следовательно, Kv100, Kv60, Kv20 и т. д. — коэффициенты пропускной способности клапана при подъеме плунжера соответ­ственно на 100, 60 и 20% его хода. Для различных экземпляров арматуры, взятых даже из одной партии, значения KVioo могут отличаться друг от друга вследствие отклонения формы, размеров и шероховатости поверхности в пределах допусков. При расчете и выборе арматуры употребляется условная пропускная способ­ность Kvy определяемая как среднее значение Kv100 клапанов данного типораз­мера. Отклонение действительной величины Kv100 от Kvy не должно превы­шать 8%.

Для регулирующих клапанов с размерами Dy= 15÷300мм значения Kvy обычно образуют следующий ряд (м3/ч): 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600 и 2500.

Трехходовой клапан – принцип работы

Трехходовой клапан

Для управления потоками, которые транспортируются по технологическим трубопроводам, применяются трехходовые клапаны. Они относятся к регулирующей трубопроводной арматуре и служат для изменения параметров среды.

Область использования

Промышленные трехходовые клапаны устанавливаются в системах автоматического типа и востребованы:

  • в трубопроводах предприятий химической, пищевой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслей;
  • в сетях приточной вентиляции и при сооружении магистралей горячего водоснабжения и отопления;
  • в газовых хозяйствах.

Перечень сред, для управления которыми применяется клапан, включает продукты из нефти и углеводороды в жидком виде, пар и воду, аммиак и воздух, нефть и масляные фракции. Условия эксплуатации определяет климатическое исполнение трехходового клапана, а сферу применения — нюансы конструкции и принцип действия.

Совет! Обратите внимание! Температура окружающей среды, при которой устройства выполняют свои функции, может варьироваться от -25 (35) °C до +50 °C. Нижний предел зависит от вида исполнительного механизма.

Особенности конструкции

КТЭ 015 РЭ 2017 класс III_1_с МИМКТЭ 015 РЭ 2017 класс III_с ЭИМ

В отличие от двухходовых устройств конструкция трехходового клапана отличается наличием трех патрубков. Перечень основных деталей клапана включает:

  • прочный и надежный корпус;
  • крышку, которая фиксируется с помощью фланцев и крепежа;
  • узел, предназначенный для регулирования, и состоящий из плунжера и двух седел;
  • мембранный/электрический исполнительный механизм;
  • шток, обеспечивающий соединение исполнительного механизма и узла для регулировки потоков.

Рабочий узел изготавливают из стали разных марок, а крышку и корпус — из углеродистой, легированной и нержавеющей стали. Герметичность соединений по отношению к окружающей среде достигается благодаря прокладкам и сальниковому уплотнению.

Трехходовые клапаны с фланцевым соединением отличаются следующими преимуществами:

  • Высокими показателями герметичности. Чтобы исключить протечки в местах крепления с трубопроводом, используют прокладки из синтетической резины, фторопласта и других материалов.
  • Простотой установки. Благодаря конструкции крепежных элементов при монтаже клапанов для регулировки перемещаемой среды не требуется сложного технологического оборудования.

Повышенный расход металла, который наблюдается при изготовлении фланцевых клапанов и способствует увеличению стоимости, компенсируется за счет продолжительного срока службы и ремонтопригодности. Наличие фланцев предусматривает многократный демонтаж и установку при проведении ремонтных и профилактических работ. Для поддержания герметичности соединений следует обеспечить своевременное подтягивание стыков устройств, используемых для регулировки потоков.

Виды и принцип действия

Нюансы функционирования трехходовых клапанов зависят от их назначения. Они устанавливаются в технологических трубопроводах и служат в качестве разделителя или смесителя (перепутали местами) потоков транспортируемой среды.

В первом случае устройства для регулировки имеют один входной и два выходных патрубка. Управление трехходовым разделительным клапаном осуществляется с помощью исполнительного механизма, который развивает определенное усилие и передает его на плунжер. Тот приходит в движение и перемещается вверх и вниз, обеспечивая открытие или закрытие проходных отверстий седел и осуществляя регулировку расхода транспортируемой среды.

Смесительный трехходовой клапан также управляется с применением исполнительного механизма, но имеет два входных патрубка и один выходной. При передаче усилия плунжер начинает двигаться вверх и вниз и способствует открытию или закрытию проходных отверстий седел, что позволяет регулировать расход перемещаемой по трубопроводам среды.

В этом заключается существенное различие трехходовых моделей от двухходовых клапанов. Они имеют два патрубка и обеспечивают регулировку потоков, изменяя расход перемещаемой среды через проходное сечение.

По своей конструкции смесительный и разделительный клапаны несколько схожи, так как состоят из корпуса, привода, рабочего узла, крепежных деталей и уплотнений. Основное различие заключается в строении элемента, предназначенного для регулировки потоков транспортируемых сред.

Обратите внимание! Трехходовой клапан нельзя применять в качестве запорной арматуры, поскольку он не обеспечивает полное перекрытие подачи транспортируемой среды. Закрытым может оставаться лишь один из патрубков, а два остальные всегда открыты.

Варианты исполнительных механизмов

Трехходовой клапан с МИМТрехходовой клапан с МИМТрехходовой клапан с ЭИМТрехходовой клапан с ЭИМ

Исполнительные механизмы представляют собой устройства, с помощью которых приводятся в движение рабочие органы разделительных и смесительных трехходовых клапанов. Обычно они состоят из элемента для регулировки, привода и прибора, который обеспечивает управление.

Различают следующие виды исполнительных механизмов:

  • Электрический (ЭИМ).
  • Мембранный (МИМ). Он относится к пневматическим устройствам, которые обеспечивают преобразование сигнала в механическое движение за счет давления сжатого воздуха.

Смесительный трехходовой клапан с электроприводом, как и разделительный клапан, отличается простотой монтажа и может взаимодействовать с различными измерительными приборами. Они обеспечивают оперативную передачу сигнала от управляющего устройства, в том числе и на удаленном расстоянии. Модели с электроприводом почти бесшумны во время работы, экологически безопасны, могут управляться дистанционно и имеют высокую точность настроек.

Среди недостатков такого оборудования можно выделить возможность отключение двигателя в случае повреждения электрической сети и повышенную чувствительность к влажности окружающего воздуха. Кроме того, тип электрического привода должен соответствовать условиям эксплуатации. К примеру, для устройств, с помощью которых можно разделить или смешать потоки транспортируемых взрывопожароопасных сред, понадобится взрывозащищенный электрический исполнительный механизм.

Для пневматического привода характерны следующие преимущества:

  • простота функционирования;
  • возможность использования в районах с экстремальной температурой;
  • применение в трубопроводах, по которым перемещаются взрывопожароопасные среды;
  • малый вес.

К недостаткам МИМ, которые используются для функционирования трехходовых клапанов, относятся вероятность появления конденсата и сравнительно низкий КПД. Они обеспечивают недостаточную точность и плавность хода без применения специальных дополнительных устройств.

Обратите внимание! На случай аварийной ситуации конструкция устройств, укомплектованных МИМ или ЭИМ, предусматривает ручное управление.

Нюансы монтажа и обслуживания

Направление рабочей среды

Перед установкой клапанов в технологическом трубопроводе необходимо визуально осмотреть все детали и исключить наличие внешних механических повреждений. Кроме того, нужно проверить состояние соединения устройства с ЭИМ или МИМ, а также плавность и легкость хода штока. Оборудование, с помощью которого можно разделить или смешать потоки транспортируемой среды, следует очистить от консервационной смазки и промыть растворителем.

Монтаж клапана осуществляется горизонтально, располагая его исполнительным механизмом вверх. Если устройство размещается под наклоном, то под ЭИМ или МИМ понадобится установить опоры. Монтаж ниже линии горизонта запрещается.

При установке клапанов в технологических трубопроводах нужно также выполнять следующие правила:

  • Располагать устройство таким образом, чтобы стрелка на корпусе совпадала по направлению с движением транспортируемой среды.
  • Обеспечить защиту изделий с ЭИМ от атмосферных осадков, если установка предполагается на открытом воздухе.
  • Использовать фильтр при наличии в перемещаемой среде примесей, размер которых более 70 мкм.
  • Устанавливать запорную арматуру, чтобы обеспечить возможность демонтажа разделяющих или смешивающих клапанов.
  • Избегать воздействия вибрации и других нагрузок от трубопровода, для чего предусматривают опоры или компенсаторы.

Место установки оборудования должно быть доступным, чтобы создать необходимые условия для профилактического осмотра и проведения ремонтных работ.

Помимо соблюдения технологии монтажа для продолжительного функционирования клапанов важно своевременное и технически грамотное обслуживание. Его проведение осуществляется при отсутствии давления в трубопроводе и предусматривает каждые 6 месяцев проверку:

  • общего состояния;
  • герметичность сальникового уплотнения;
  • крепежных соединений.

При этом запрещается использование уплотнений меньшего или большего сечения при замене расходных материалов. Также не допускается разборка клапана при наличии в нем остатков среды, подтяжка фланцевых соединений и применение устройства в качестве опоры для трубопровода. Органы управления оборудования должны быть защищены от самопроизвольного включения и иметь конечные выключатели для сигнализации.

Обратите внимание! Монтажные работы должны проводиться с соблюдением требований безопасности, а при использовании ЭИМ нужно обеспечить возможность подключения заземления.

Особенности выбора

При выборе трехходового клапана для установки в технологическом трубопроводе, необходимо сначала определиться с его назначением. Это обусловлено тем, что устройства для смешивания или разделения потоков среды отличаются принципом действия и особенностями конструкции. Кроме того, нужно обращать внимание на следующие параметры:

  • условный проход;
  • пропускную способность;
  • вид и характеристики исполнительного механизма;
  • рабочие и максимально допустимые показатели температуры и давления.

Основные характеристики клапанов указываются в сопроводительной документации и на корпусе изделий. Маркировка осуществляется согласно требованиям ГОСТ 4666-2015 и предусматривает следующие виды:

  • Литым способом на лицевой стороне корпуса с указанием материала, условного диаметра и давления. На обратной стороне должен находиться товарный знак изготовителя.
  • На прикрепленной к поверхности корпуса табличке указывают схему, по которой происходит подача транспортируемой среды.
  • В табличке, зафиксированной на крышке, должна быть отражена следующая информация — наименование производителя, маркировка согласно таблице фигур и заводской номер. Кроме того, указывают условное давление и диаметр, дату изготовления и знак обращения на рынке стран, входящих в Таможенный союз.

Наружные поверхности клапанов окрашивают в цвет, который выбирают в соответствии с ГОСТ или с учетом пожеланий оптовых покупателей. Каждому виду материала обычно соответствует свой цвет.

Обратите внимание! Разъемные соединения новых устройств должны иметь гарантийные пломбы. Места их размещения указываются в сборочных чертежах и отмечаются пятнами эмали красного цвета.

Старый Оскол:

  • Телефон: +7 (4725) 46-93-70, 46-94-70
  • E-mail: [email protected], [email protected]
  • Адрес: Котел, Промузел, площадка «Монтажная», проезд Ш-6, стр. 19
  • Часы работы: С пн. по пт.: с 8:00 до 17:00, пятница — сокращенный день на 1 час.

Москва:

  • Телефон: +7 (495) 229-45-77648-91-91 
  • E-mail: [email protected]
  • Часы работы: С пн. по пт.: с 9:00 до 18:00, пятница — сокращенный день на 1 час.

Казань:

  • Телефон: +7 (843) 533-16-67570-00-47 
  • E-mail: [email protected]
  • Часы работы: С пн. по пт.: с 8:00 до 17:00, пятница — сокращенный день на 1 час.

Как подобрать типоразмер регулирующего клапана

Встречали в описании регуляторов давлений следующую рекомендацию: «Не следует подбирать типоразмер клапана по диаметру трубопровода, используйте значение Kvs»? Эта надпись есть практически в любой технической документации на регулирующие клапаны, а также сайтах компаний, занимающихся их продажей. 

Вот только, что это за значение Kvs и достаточно ли его для подбора регулятора, практически никто не объясняет. Эта статья поможет вам разобраться, как правильно рассчитать типоразмер любого регулирующего клапана.     

В большинстве случаев подобрать регулятор давления под конкретное применение можно без привлечения специалистов. Точный расчет параметров арматуры потребуется для систем, где необходимо высокое качество регулирования или есть особые требования к ее работе, например, ограничения по уровню шума. 

Основным параметром, по которому выбирается регулятор давления, является его пропускная способность или то самое значение Kvs. Как его рассчитать и что еще нужно учесть при выборе регулирующего клапана расскажет Андрей Шахтарин, директор компании «ВТК-Велес».  

Определение пропускной способности клапана

Kvs, которая указывается в технической документации регулятора давления, — это пропускная способность полностью открытого клапана. Производители обычно указывают диапазон значений Kvs min— Kvs max, в котором работает устройство. Ваша задача определить необходимую пропускную способность клапана, при которой на заданном расходе будет обеспечено необходимое понижение давления пара, газа или жидкости при его прохождении. 

Для каждого типа теплоносителя используется своя формула, учитывающая физические характеристики рабочей среды и перепад давления на входе и выходе:   

 

, где:

P1 — давление на входе регулятора, бар;

P2 — давление на выходе регулятора, бар;

∆P — перепад давления, бар;

t1 — температура среды на входе, oC;

Q — расход для жидкости, м3/ч;

QN — расход для газов при нормальных условиях, нм3/ч;

G — расход для водяного пара, кг/ч;

ρ — плотность жидкости, кг/м3;

pN — плотность газов при нормальных условиях, кг/нм3.

При расчетах учитывайте, что в формуле используется избыточное давление. 

Расчетная Kv не учитывает все факторы, влияющие на работу устройства, так что про запас к полученному значению рекомендуется добавить 30%. Поэтому Kv умножаем на коэффициент 1,3 и только после этого подбираем клапан с самым близким значением Kvs max

Однако на этом подбор регулятора давления не заканчивается. Рекомендуется учесть еще несколько показателей, если вы хотите, чтобы: 

  • технологические процессы регулировались более точно;

  • клапан во время работы не шумел и не «хлопал»; 

  • при эксплуатации регулятора не было особых проблем с кавитацией и, как следствие, эрозионным износом его элементов;

  • повысилась безопасность производственных процессов;

  • сократились расходы на техобслуживание системы. 

Для нормальной эксплуатации регулирующего клапана важны следующие факторы.

Условный диаметр клапана

Помните рекомендацию в начале статьи? Она рабочая — регуляторы давления действительно никогда не подбираются по диаметру трубопровода. Однако придется рассчитать условные параметры подводящей линии. Особенно это касается редукционного клапана, который обязательно устанавливается с обвязкой (об этом мы писали в этой статье). Для определения диаметра используем следующую формулу:

   , где

w — рекомендуемая скорость потока среды, м/c;

Q — рабочий объемный расход среды м3/ч;

d — диаметр трубопровода, м.

Регулятор может иметь диаметр на одну-две ступени меньше полученного значения. Если подобрать подходящий регулирующий клапан нет возможности, допустимо выбрать модель с более низкой пропускной способностью Kvs

Условное давление 

Этот параметр определяет допустимое рабочее давление для арматуры при нормальной температуре (20oC). При нагреве механические свойства и эксплуатационные характеристики конструкционных материалов снижаются. Поэтому реальное допустимое давление для арматуры будет ниже. Насколько измениться значение зависит от материала изготовления клапана. В приведенной таблице приведена зависимость максимального рабочего давления от температуры для серого чугуна, углеродистой и нержавеющей стали. 

Риск возникновения кавитации 

При больших перепадах давления это одна из самых больших проблем, приводящая к быстрому выходу из строя клапана. Особенно сильно эффект проявляется при использовании регуляторов давления пара после себя. Проверить возможность возникновения кавитации можно  по формуле:

, где

P1 – давление на входе регулятора, бар;

∆P – перепад давления на клапане, бар.

Кавитация возникнет, если условие соблюдается.  

Уровень шума

Регулирующий клапан будет шуметь и хлопать, если скорость среды, проходящей по трубопроводам будет выше рекомендуемой. Рассчитать фактическую скорость можно по формуле: 

, где

w – скорость потока среды, м/c;

Q – рабочий объемный расход среды м3/ч;

d – диаметр трубопровода, м.

Рекомендуемые скорости для всех типов сред приведены в таблице.

Снизить уровень шума можно, установив клапан в специальном исполнении или смонтировав виброкомпенсаторы на участках до и после регулятора. 

Допустимый перепад давления на клапане

Для ряда регуляторов давления пара после себя ограничено отношение входного давления к выходному, так как при превышении перепада давления клапан не сможет закрыться. При выборе такого устройства можно не беспокоиться о кавитации — ограничение по этому параметру ее полностью исключает. 

Соблюдение перечисленных рекомендаций поможет вам выбрать оптимальную модель регулирующего клапана, который будет не только эффективно, но и долго работать. Также вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам — мы ответим на все ваши вопросы и поможем подобрать подходящий регулятор. Связаться с нами можно любым удобным способом. 


Регулирующая арматура — это… Что такое Регулирующая арматура?

Регулирующая арматура — это вид трубопроводной арматуры, предназначенный для регулирования параметров рабочей среды. В понятие регулирования параметров входит регулирование расхода среды, поддержания давления среды в заданных пределах, смешивание различных сред в необходимых пропорциях, поддержание заданного уровня жидкости в сосудах и некоторые другие. Выполнение всех своих функций регулирующая арматура осуществляет за счёт изменения расхода среды через своё проходное сечение.

В зависимости от конкретных условий эксплуатации применяются различные виды управления регулирующей арматурой, чаще всего при этом используются внешние источники энергии и управление по команде от датчиков, фиксирующих параметры среды в трубопроводе. Используется также автоматическое управление непосредственно от рабочей среды. В современной промышленности уже редко, но все же встречается, основной способ управления регуляторами в прошлом — ручное управление (см. рисунок справа).

В зависимости от параметров рабочей среды (давления, температуры, химического состава и др.) к каждому виду регулирования предъявляются различные требования, что привело к появлению множества конструктивных типов регулирующей арматуры. С точки зрения автоматизации промышленных предприятий каждый из них рассматривается как элемент системы автоматического управления технологическим процессом, протекающим с участием жидких и газообразных рабочих сред и регулирующимся под воздействием получаемой командной информации[1][2][3].

Основные виды конструкций

Блок подготовки воздуха Современный регулирующий клапан с электрическим приводом.

Регулирующий клапан

Эти устройства получили наибольшее распространение среди различных типов регулирующей арматуры. Большинство из них весьма схожи по конструкции с запорными клапанами, но есть и свои специфические виды.

По направлению потока рабочей среды регулирующие клапаны делятся на:

  • проходные — такие клапаны устанавливаются на прямых участках трубопровода, в них направление потока рабочей среды не изменяется;
  • угловые — меняют направление потока на 90°;
  • трехходовые (смесительные) — имеют три патрубка для присоединения к трубопроводу (два входных и один выходной) для смешивания двух потоков сред с различными параметрами в один. В сантехнике такое устройство имеет название смеситель.

Основные различия регулирующих клапанов заключаются в конструкциях регулирующих органов, по этому признаку они разделяются на:

  • односедёльные;
  • двухседёльные;
  • клеточные;
  • мембранные;
  • золотниковые[1][2].

Для управления регулирующими клапанами используются электроприводы, электромагнитные приводы и пневмоприводы. Чтобы усилия от среды и сила трения в направляющих и уплотнении не приводили к снижению точности работы клапана, используются дополнительные устройства — позиционеры[3].

Запорно-регулирующий клапан

С помощью этого устройства осуществляется как регулирование по заданной характеристике, так и уплотнение затвора по нормам герметичности для запорной арматуры, что обеспечивается специальной конструкцией плунжера, имеющего профильную часть для регулирования, а также уплотнительную поверхность для плотного контакта с седлом в положении «закрыто»; такая конструкция является двухседёльной[1][2].

Смесительные клапаны

Используются в тех случаях, когда необходимо в определенных пропорциях смешивать различные среды, например холодную и горячую воду, выдерживая постоянным какой-либо параметр (например, температуру) или изменяя его по заданному закону. Отличие смесительных клапанов от регулирующих заключается в том, что управляющее воздействие, задающее положение плунжера в первых, определяет расходы одновременно двух сред, а не одной, как в регулирующих клапанах[1].

Также как и регулирующие клапаны, смесительные могут управляться с помощью электрического или пневматического привода (см. рис).

Регулятор с мембранным пневматическим приводом и электронным позиционером.

Регуляторы давления прямого действия

Регуляторы прямого действия служат для поддержания постоянного давления в трубопроводе, эта необходимость может возникнуть в реальных рабочих условиях, когда в нём происходят колебания давления рабочей среды, недопустимые для нормальной работы технологической системы или установки.

В отличие от арматуры непрямого действия, в которой для непрерывного регулирования нужно отслеживать специальными датчиками состояние контролируемого параметра и при его отклонении от нормы выдавать командный сигнал приводу, регулятор прямого действия срабатывает непосредственно от среды в контролируемом участке трубопровода без использования посторонних источников энергии. Кроме таких регуляторов, арматурой прямого действия являются предохранительные клапаны, относящиеся к предохранительной арматуре и обратные клапаны, относящиеся к защитной арматуре.

Регулирование давления может производиться после регулятора (по направлению потока среды), в этом случае регулятор называют «После себя», или перед ним, в этом случае он называется «До себя».

Принцип работы:

Предположим, что заданному номинальному давлению в трубопроводе соответствует установившийся поток среды через регулятор, при этом усилие от давления среды на чувствительном элементе компенсируется задатчиком нагружения (пружиной или грузом), то есть система находится в равновесии. При изменении давления в трубопроводе это равновесие нарушается и затвор арматуры перемещается, преодолевая усилие от задатчика, или наоборот, поддаваясь ему, при этом изменятся степень открытия регулирующего органа, а следовательно и расхода среды. С изменением расхода меняется давление и, при достижении исходного его значения, система снова приходит в равновесие и затвор прекращает двигаться.

Наиболее часто встречаются регуляторы прямого действия, оснащенные мембранными приводами. Присоединение регуляторов к трубопроводу, как правило, фланцевое, однако, встречаются регуляторы малых диаметров с резьбовым соединением (муфтовые)[1][2][3].

Регулятор уровня

Регуляторы уровня используются в сосудах, применяемых в энергетических, холодильных и других установках. Управляются они поплавком, по команде от которого происходит впуск дополнительного количества жидкости («регулятор питания») или выпуск избыточного количества жидкости («регулятор перелива»)[1][2].

Другие типы

Также могут использоваться в качестве регулирующей арматуры, но значительно реже, другие типы:

См. также

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Поговорим об арматуре. Р. Ф. Усватов-Усыскин — М.: Vitex, 2005.
  2. 1 2 3 4 5 Трубопроводная арматура. Справочное пособие. Д. Ф. Гуревич — Л.: Машиностроение, 1981.
  3. 1 2 3 4 Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник. Под общей редакцией С.И.Косых. — Л.: Машиностроение, 1982.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о