Клапан предохранительный пружинного и рычажного типа. Предохранительный клапан Специальный пружинный предохранительный клапан

Каждый узел трубопроводной системы играет немаловажную роль в обеспечении ее работоспособности. К примеру, предохранительный пружинный клапан представляет собой трубопроводную арматуру, необходимую для защиты от разрушения при появлении избыточного давления в трубопроводе. Это возможно за счет выпуска среды из системы.

Еще пружинный клапан обеспечивает прекращение сброса среды, когда рабочее давление окажется в пределах нормы.

Особенности и принцип действия

Предохранительный клапан пружинного типа – арматура прямого действия, которая функционирует от среды. Откуда в системе может появиться избыточное давление? Как правило, причина кроется во внешних и внутренних факторах:

• неправильно собранная тепломеханическая схема;
• передача тепла от источников;
• неправильно функционирует оборудование.

Пружинный предохранительный муфтовый клапан устанавливается везде на местах, где есть риск появления избыточного максимального давления. Как правило, это бытовые или промышленные накопительные сосуды, функционирующие под давлением.

Большую популярность этой арматуре обеспечивает простая конструкция, легкие настройки, ассортимент продукции. Ведь такое разнообразие и возможности позволяют подобрать оптимальную модель для конкретных условий.

Монтаж предохранительного дросселя выполняется вертикально. Устройство пружинного фланцевого предохранительного клапана подразумевает использование в качестве запирающего элемента именно дискового затвора, который при запирании размещается между седел.

Прижимная сила задается с помощью специального приспособления и пружины для предохранительных клапанов.

Когда давление очень большое, указанной прижимной силы недостаточно, чтобы сдерживать среду, поэтому излишки удаляются, пока не выровняется давление до рабочего уровня.

Паспорт на клапан предохранительный пружинный позволяет узнать об устройстве изделия. Основные компоненты – задатчик и запорный орган. Последний состоит из седла и затвора.

При помощи задатчика он настраивается, чтобы золотник должным образом прижимался к седлу для препятствия пропуска среды. Настройка выполняется винтом.

Давление закрытия затвора, как правило, принимается ниже рабочего на 10 процентов.

Классификация продукции

Рассмотрим, какие существуют виды предохранительных изделий.

По характеру подъема замыкающего органа:

• двухпозиционного действия;
• пропорционального действия.

По высоте подъема органа:

• полноподъемные;
• среднеподъемные;
• малоподъемные.

По виду нагрузки на золотник:

• грузовые;
• магнито-пружинные;
• рычажно-пружинные;
• пружинные- .

По принципу действия:

• прямого – традиционные предохранительные изделия;
• непрямого действия – импульсные устройства.

Одна из модификаций, широко используемых в промышленности, — угловой предохранительный пружинный дроссель.

Еще один принцип классификации – по условному диаметру. К примеру, если используется обратный пружинный клапан Ду15 – значит, что условный диаметр составляет 15 мм, а обратный пружинный муфтовый дроссель Ду50 – 50 мм.

Характеристики изделий

Расчет пропускной способности выполняется по ГОСТу 12.2.085. Устройства могут использоваться в нефтяной, химической, газообразной и жидкой среде. Герметичность определяется по ГОСТу 9789-75.

Давление закрытия арматуры составляет более 0,8 Рн, где Рн представляет собой давление настройки, является самым большим на входе в клапан, при котором он остается в закрытом состоянии, при этом соблюдается должная герметичность.

Пружины для них изготавливаются чаще всего из стали 50ХФА. Пружинный обратный клапан тип 402 выполнен из чугуна.

Чтобы проверить исправность устройства в рабочем состоянии, пружинный предохранительный клапан СППК обладает решением для ручного открывания, продувки, следовательно, изделия без СППК не имеют возможности ручного открывания.

Размеры уплотнительных поверхности фланцев определяются по ГОСТу 12815-80.

В качестве примера одной из модификаций устройства приведем предохранитель 17с28нж, соответствующий ТУ3742-017-00218118-2002.

Устройство имеет характеристики:

• рабочее давление – 1,6 МПа;
• рабочая среда – неагрессивная, газ, пар, вода;
• материал корпуса – сталь;
• материал уплотнительного покрытия – нержавеющая сталь;
• соединение – фланцевое;
• температура – от минус 40 до плюс 250 градусов;
• масса и длина зависят от условного диаметра.

Нюансы выбора

Чтобы выбрать оптимальное изделие, необходимо учесть требования, которые к ним предъявляются:

• своевременное и безотказное устройство предохранительного клапана при указанном повышении уровня рабочего давления в системе;
• в открытом положении должна быть обеспечена необходимая пропускная способность;
• своевременное закрытие затвора с нужным уровнем герметичности;
• обеспечение стабильной работы.

Немаловажное значение имеет при выборе стоимость. Для примера рассмотрим, за сколько можно купить предохранительный пружинный клапан 17с28нж: цена на обратный муфтовый пружинный дроссель составляет от $300.

Конечно, многое зависит от производителя. Так, аналогичный обратный пружинный клапан Данфосс обойдется дороже – от $400.

Особенности работы изделия (видео)

Нюансы монтажа

Прежде чем устанавливать предохранительный пружинный клапан, следует выполнить простые действия:

• проверить маркировку;
• осмотреть корпус на предмет наружных повреждений;
• удалить защитный колпачок;
• внутри недолжно быть никаких посторонних предметов;
• следует помнить, что при монтаже составляющие изделия будут нагреваться.

Процесс монтажа производится в соответствии с действующими правилами безопасности и нормативно-техническими нормами. Выбор места, конструкции и количество клапанов, как и направление сброса среды, определяется проектом.

Место нужно подбирать так, чтобы был обеспечен свободный доступ для обслуживания и ремонта. Монтаж выполняется в вертикальном положении в верхней точке сосуда. Также установка может быть выполнена поблизости сосуда или трубопровода, только между изделиями не должен присутствовать запорный орган.

Размер штуцера не может быть меньше диаметра входного патрубка клапана.

Обратный пружинный тарельчатый клапан с большим числом тарелок может спровоцировать увеличение их сопротивления, что способно изменить разность давления в верхней и кубовой частях изделия. Поэтому его стоит устанавливать в последней области.

Самостоятельная установка подобных устройств – сложная процедура, требующая опыта и определенных навыков. Поэтому необходимо обращаться к профессионалам.

Неполадки и ремонт

Утечка среды через затвор происходит при наступлении давления ниже, нежели установочное.

• задержка на уплотнительных элементах посторонних предметов – необходимо выполнить продувку дросселя;
• повреждение уплотнительных элементов – выполняется проточка или притирка с последующей проверкой на герметичность; если глубина повреждений составляет более 0,1 мм, необходимо выполнять механическую обработку;
• деформация пружины – выполняется ее замена;
• нарушение соосности элементов из-за большой нагрузки – устраняется нагрузка, проверяется выкидная и приемная магистраль, необходимо выполнить перетяжку шпилек;
• пониженное давление открытия – регулировка, деформация пружины – выполняется ее замена;
• некачественная сборка после ремонта – устранить все недостатки сборки.

Ремонт предохранительных пружинных дросселей необходимо доверять профессионалам. Стоимость процедуры обойдется от $50.

Предохранительный клапан представляет собой защитное устройство, которое предотвращает обратный ход вещества по трубопроводу и выпускает его излишки в область низкого давления или атмосферу. Это незаменимое устройство, так как позволяет сохранить насосы, оборудование и сам трубопровод в случае аварийных ситуаций.

Какими бывают предохранительные клапаны?

Конструкция устройства максимально проста: запорный элемент и задатчик, который обеспечивает силовое напряжение на него. Запорный элемент, в свою очередь, складывается из затвора и седла.

Выделяют несколько разновидностей клапана:

• пружинный предохранительный клапан — давлению рабочего вещества противостоит сила сжатой пружины. Величина давления определяется силой сжатия, а диапазон возможной настройки клапана — упругостью детали;
• рычажный — рабочее вещество сдерживается с помощью рычажного механизма. Размер, давление и общий диапазон действия определяются весом груза и протяженностью рычага;
• малоподъемный — затвор поднимается только на 0,05 диаметра седла. Механизм открытия — пропорциональный. Такие устройства выделяются небольшой пропускной способностью, низкой стоимостью и простым строением;
• полноподъемный — затвор поднимается на высоту диаметра седла или чуть больше. Механизм двухпозиционный. Обычно устанавливаются на трубопроводах, по которым двигается пар или сжатый воздух. Выделяется способностью пропускать большое количество рабочего вещества и более высокой стоимостью.

Какими плюсами обладают предохранительные устройства?

• максимально простое строение — гарантирует легкость и быстроту ремонта и замены износившихся деталей;
• небольшие размеры и малая масса;
• широкий ценовой диапазон, который позволяет приобрести изделие по наиболее выгодно стоимости.

Предохранительный клапан позволяет трубопроводу качественно функционировать в условиях повышенного давления и в условиях резких перепадов давления.

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).

Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:

рычажно-грузовые ПК;

предохранительные устройства с разрушающимися мембра нами;

Рычажно-грузовые ПК не допускаются к использованию на передвижных сосудах.

Принципиальные схемы основных типов ПК приведены на рисунках 6.1 и 6.2. Груз на рычажно-грузовых клапанах (см. рис. 6.1,6) должен надежно фиксироваться в заданном положении на рычаге после тарировки клапана. Конструкция пружинного ПК (см. рис. 6.1, в) должна исключать возможность затяжки пружины сверх установленной величины и предусматривать устройство для

Рис . 6.1. Принципиальные схемы основных типов предохранительных клапанов:

1 - грузовой с прямым нагружением;б - рычажно-грузовой; в - пружинный с прямым нагружением;1 - груз;2 - рычаг;3 - отводящий трубопровод;4 - пружина.

проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии путем принудительного открывания его во время работы. Устройство пружинного предохрани тельного клапана показано на рис. 6.3. Количество ПК, их размеры и пропускная способность должны рассчитываться так, чтобы в Рис. 6.2. Разрывная предохранительная мембрана не превышала более чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,3 МПа, на

15% - для сосудов с давлением от 0,3 до 6,0 МПа, на 10% - для сосудов с давлением более 6,0 МПа. При работающих ПК допускается превышение давления в сосуде не более чем на 25% при условии, что это превышение предусмот рено проектом и отражено в паспорте сосуда.

Пропускная способность ПК определяется по ГОСТ 12.2.085.

На все предохранительные устройства должны быть паспорта и инструкции по эксплуатации.

При определении размера проходных сечений и количества предохранительных клапанов важное значение имеет расчет пропускной способности клапана на G(в кг/ч). Он выполняется по методике, изложенной в ССБТ. Для водяного пара величина рассчитывается по формуле:

G=10B 1 B 2 α 1 F(P 1 +0,1)

Рис . 6.3. Устройство пружинного

предохранительного клапана:

1 - корпус; 2 - золотник; 3 - пружина;

4 - отводящий трубопровод;

5 - защищаемый сосуд

где bi - коэффициент, учитывающий физико-химические свойства водяного пара при рабочих параметрах перед предохранительным клапаном; может быть определен по выражению (6-7); изменяется от 0,35 до 0,65; коэффициент, учитывающий соотношение давлений перед и за предохранительным клапаном, зависит от показателя адиабатыk и показателя β, при β<β кр =(2-(k+1)) k/(k-1) коэффициент B 2 = 1, показатель β вычисляют по фор муле (6.8); коэффициент B 2 изменяется от 0,62 до 1,00; α 1 - коэффициент рас хода, указываемый в паспортах предохранительных клапанов, для современ ных конструкций низкоподъемных клапанов α 1 = 0,06-0,07, высокоподъем ных - α 1 =0,16-0,17,F - площадь проходного сечения клапана, мм 2 ;Р 1 - максимальное избыточное давление перед клапаном, МПа;

B 1 =0,503(2/(k+1) k/(k-1) *

где V \ - удельный объем пара перед клапаном при параметрах P 1 иТ 1, ) м 3 /кг - температура среды перед клапаном при давлении Р ь °С.

(6.7)

β = (P 2 + 0,1)/(P 1 +0,1), (6.8)

где P 2 - максимальное избыточное давление за клапаном, МПа.

Показатель адиабаты k зависит от температуры водяного пара. При температуре пара 100 °Сk = 1,324, при 200 "Сk = 1,310, при 300 °Сk = 1,304, при 400 "Сk = 1,301, при 500° Ck = 1,296.

Суммарная пропускная способность всех установленных предохранительных клапанов должна быть не менее максимально возможного аварийного притока среды в защищаемый сосуд или аппарат.

Предохранительные мембраны (см. рисунки 6.2 и 6.4) представляют собой специально ослабленные устройства с точно рассчитанным порогом разрушения по давлению. Они просты по конструкции и в то же время обеспечивают высокую надежность защиты оборудования. Мембраны полностью герметизируют сбросное отверстие защищаемого сосуда (до срабатывания), дешевы и просты в изготовлении. К их недостаткам относятся необходимость замены после каждого срабатывания, невозмож ность точного определения давления срабатывания мембраны, что заставляет повышать запас прочности защищаемого оборудования.

Мембранные предохранительные устройства могут устанавливаться вместо рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов, если эти клапаны в условиях конкретной среды не могут быть использованы вследствие их инерционности или других при чин. Они устанавливаются также перед ПК в случаях, когда ПК не могут надежно работать вследствие особенностей воздействия рабочей среды в сосуде (коррозия, кристаллизация, прикипание, примерзание). Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для Увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны могут быть разрывными (см. рис. 6.2), ломающимися, отрывными (рис. 6.4), срезными, выщелкивающимися. Толщину разрывных мембран А (в мм) рассчитывают по формуле:

PD /(8σ вр K t )((1+(δ/100))/(1+((δ/100)-1)) 1/2

где D - рабочий диаметр;Р- давление срабатывания мембраны, σ вр - предел прочности материала мембраны (никель, медь, алюминий и др) при растяжении;К 1 - температурный коэффициент, изменяющийся от 0,5 до 1,8; δ - относительное удлинение материала мембраны при разрыве, %.

Для отрывных мембран величиной, определяющей давление срабатывания,

является диаметр D H (см. рис. 6.4), который рассчитывают как

D н =D(1+P/σ вр) 1/2

Мембраны должны иметь маркировку, установленного Правилами содержания. Предохранительные устройства должны устанавливаться на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к сосуду. При установке на одном патрубке (или трубопроводе) нескольких предохранительных устройств площадь поперечного сечения патрубка (или трубопровода) должна быть не менее 1,25 суммарной площади сечения ПК, установленных на нем.

Не допускается установка какой-либо запорной арматуры меж ду сосудом и предохранительным устройством, а также за ним. Кроме того, предохранительные устройства должны размещаться в местах, удобных для их обслуживания.

Предохранительные устройства . Предохранительные устройства (клапаны) должны автоматически предотвращать повышение давления сверх допустимого путем выпуска рабочей среды в атмосферу или утилизационную систему. Требуется установка не менее двух предохранительных устройств.

На паровых котлах давлением 4 МПа должны устанавливаться только импульсные предохранительные клапаны.

Диаметр прохода (условный), устанавливаемых на котлах рычажно-, ; грузовых и пружинных клапанов, должен быть не менее 20 мм. Допуск уменьшение этого прохода до 15 мм для котлов паропроизводительностью до 0,2 т/ч и давлением до 0,8 МПа при установке двух клапанов.

Суммарная пропускная способность устанавливаемых на паровых котлах предохранительных устройств должна быть не менее номинальной производительности котла. Расчет пропускной способности предельных устройств паровых и водогрейных котлов должен выполняться по 14570 «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования».

Места установки предохранительных устройств определеными. В частности, в водогрейных котлах они устанавливаются на выходных коллекторах или барабане.

Методика и периодичность регулирования предохранительных нов (ПК) на котлах указывается в инструкции по монтажу и эксе Клапаны должны защищать сосуды от превышения в них давления более на 10 % расчетного (разрешенного).

Краткий ответ: Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:

пружинные предохранительные клапаны (ПК);

рычажно-грузовые ПК;

импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного ПК и управляющего импульсного клапана прямого действия;

предохранительные устройства с разрушающимися мембранами;

другие предохранительные устройства, применение которых согласовано с Госгортехнадзором России.