Что такое запорно регулирующая арматура

Что такое запорно 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, протекающий с участием жидких и газообразных рабочих сред и регулирующийся под воздействием получаемой командной информации [1] [2] [3] .

Содержание

Основные виды конструкций [ править | править код ]

Регулирующий клапан [ править | править код ]

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:

  • односедельные;
  • двухседельные;
  • 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 [ править | править код ]

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 односедельным клапаном [1] [2] .

Смесительные клапаны [ править | править код ]

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] .

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

Регуляторы давления прямого действия [ править | править код ]

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».

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.

Читайте также:  Современные короли и королевы

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 [ править | править код ]

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») — статического и аститического типа [1] [2] .

Другие типы [ править | править код ]

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

  • регулирующие заслонки, управляемые пневмо- или электроприводом;
  • регулирующие шаровые краны, управляемые пневмо-, гидро-, или электроприводом;
  • регулирующие задвижки с электроприводом [1][3] .

Любая система периодически требует отключения некоторых участков, например, для ревизии или технического обслуживания. Для этого в трубопроводах устанавливают запорно-регулирующую арматуру, с помощью которой можно не только перекрывать движение рабочей среды в трубах, но и регулировать оптимальные значения параметров функционирования для поддержания ее качественной работы.

Характеристика и назначение

Запорно-регулирующей арматурой называют приспособления, которые предназначены перекрывать, изменять и контролировать параметры внутренней среды трубопровода. Такую арматуру устанавливают в системах водоснабжения, отопления, канализации и газоснабжения.

Устройства применяются на всех уровнях: от больших магистралей, до индивидуальных трубопроводов, находящихся внутри дома или квартиры.

В каждой системе есть несколько параметров, которые можно регулировать. К ним относятся объем и скорость потока, давление, температура. Запорно-регулирующая арматура используются для того, чтобы можно было изменять эти параметры, не отключая систему.

Назначением таких деталей является перенаправление потока жидкости или газа в другие ветви системы. Для этого устройство устанавливается в месте, где имеются разветвления. По мере необходимости одни ветви перекрывают, а другие открывают.

Другие виды запорно-регулирующей арматуры способны снижать давление внутри системы, если оно возрастает или уменьшать температуру. Некоторые из них работают автоматически, согласно законам физики.

Например, выпускной клапан пропускает газ только тогда, когда давление внутри системы повышается. Это позволяет сохранять этот параметр на одном уровне. Другие устройства регулируются вручную, например, с помощью вентилей.

Основная характеристика запорно-регулирующей арматуры — ее пропускная способность. Для оптимального применения вычисляют относительную, действительную, максимальную, начальную и условную пропускную способность.

Обратите внимание! Пропускная способность — это физическая величина, которая отражает объем среды постоянной плотности, проходящей в единицу времени через участок поперечного сечения трубы при давлении 1 бар. Проще говоря, это количество жидкости или газа, которое может пройти через трубу за определенный промежуток времени.

Кроме того, запорно-регулирующая арматура характеризуется диапазоном и зоной регулирования, а также настройкой регулятора. Эти параметры отражают различия между максимальными и минимальными данные пропускной способности: тот диапазон значений, который поддается регулировке.

Еще одна важная характеристика — относительная утечка. Она отражает теоретическую способность деталей отклоняться от заданных параметров герметичности. Проще говоря, это количественное отражение негерметичности изделия.

Требования к запорной арматуре

К запорно-регулирующим устройствам, независимо от того, устанавливаются они у конечного потребителя или на больших магистралях, предъявляют ряд общих требований. Их учитывают при конструировании.

Каждое из этих требований является гарантийным, то есть, имеет определенные сроки и параметры отклонения. Производитель гарантирует, что при правильной установке, требования будут соблюдены, а отклонения в параметрах работы не будут превышать указанные значения.

Требования, которые предъявляются к запорно-регулирующим устройствам:

  • Точность регулирования. Деталь должна работать точно при указанных значениях. Например, пропускать в единицу времени только тот объем жидкости, которые задан или сохранять внутри системы заданное давление. Отклонение этих параметров от указанных говорит о неисправности арматуры.
  • Прочность. Устройство не должно иметь деформации до ее установки в систему и быть устойчивым к механическим нагрузкам. Прочность обуславливает долговечность детали.
  • Температурная и химическая резистентность. Эти требования необходимы не для всех видов изделий. В системе отопления важно устанавливать детали, которые способны функционировать при высоких температурах, а для холодного водоснабжения, этот параметр можно опустить. Химическая резистентность важна там, где внутренней средой являются химически активные вещества, т.е это целиком зависит от свойств материалов, из которых изготовлено устройство.
  • Герметичность. Есть два вида герметичности: относительно внешней и относительно внутренней среды. Относительно внешней среды все устройства должны быть абсолютно герметичными. Это означает, что в местах их установки утечек во внешнюю среду жидкости или газа быть не должно. Герметичность относительно внутренней среды отражает возможность перераспределения жидкости или газа по обе стороны арматуры вне указанных параметров, например, если через запорную арматуру проходит какое-то количество жидкости в тот участок трубопровода, который выключен из системы.
  • Долговечность. Каждый вид арматуры, в зависимости от особенностей конструкции, материала, из которого он изготовлен и параметров эксплуатации, имеет свой гарантийный срок. Поскольку замена запорных клапанов и вентилей представляет определенную сложность, предпочтение стоит отдавать наиболее износоустойчивым деталям.

Обратите внимание! Большинство видов запорно-регулирующей арматуры при правильной их эксплуатации могут прослужить не менее 30 лет, хотя производители дают гарантию на меньший срок эксплуатации.

  • Простота эксплуатации. Все участки системы необходимо периодически проверять, ремонтировать, чистить. Деталь должна быть достаточно простой, чтобы уменьшить трудозатраты на обслуживание.
Читайте также:  Где лучше посадить каштан на участке

Виды запорно-регулирующей арматуры

Запорно-регулирующие детали различаются по назначению и способу работы.

По назначению выделяют три разновидности:

  1. Исключительно запорные используются, чтобы перекрывать поток жидкости или газа. Есть два положения клапан: пропускает поток внутренней среды и не пропускает поток внутренней среды.
  2. Исключительно регулирующие. Они не могут полностью перекрывать поток, только регулировать его параметры.
  3. Запорно-регулирующие детали. Крайние положения арматуры соответствуют запорным, то есть, либо пропускают, либо не пропускают жидкость или газ. Промежуточные положения соответствуют регулирующим — пропускают внутреннюю среду в соответствии с заданными параметрами.

Запорно-регулирующая арматура, в свою очередь, подразделяется на несколько типов:

  • Седельный клапан. Чаще его используют на больших магистральных трубопроводах. В качестве подвижной детали внутри такого клапана служит плунжер. Это поршень, который способен передвигаться, регулируя таким образом параметры потока.
  • Шаровые устройства. Внутри таких деталей расположен шарик, имеющий сквозное отверстие. Он способен поворачиваться на 900 вокруг своей оси. Когда отверстие параллельно потоку, среда проходит через устройство, когда перпендикулярно — не проходит, промежуточные значения обусловливают частичную пропускную способность.
  • Клиновая арматура. Внутри этой детали есть клин, который движется перпендикулярно потоку жидкости или газа. Принцип его работы схож с принципом устройства заслонки, которая движется сверху вниз. При максимально высоком положении весь поток проходит через арматуру, при полном опускании — не проходит ничего. Промежуточные положения пропускают часть жидкости или газа.
  • Поворотно-дисковые устройства. Представляют собой клапан, который выглядит как диск, к которому прикреплен регулировочный вентиль. Диаметр диска соответствует сечению арматуры. Если диск расположен перпендикулярно потоку — жидкость не проходит, если параллельно — проходит вся. Промежуточные положения являются регулировочными.

Запорно-регулирующие устройства для систем отопления

Системы отопления отличаются от других систем, в которых используются устройства, способные работать в высокотемпературном режиме. Материал, из которого изготовлены детали, должен обладать значительной термоустойчивостью, например, из нержавеющей стали или бронзы.

На разных участках системы отопления устанавливаются запорно-регулирующие, только запорные или только регулирующие устройства.

Каждое из них имеет свое предназначение:

  • Краны нужны там, где труба имеет ответвления. С помощью крана можно полностью или частично перенаправить поток теплоносителя в другое русло или перекрыть магистраль.
  • Кран Маевского — это усовершенствованная шариковое устройство. Он нужен для сброса воздуха из системы. В закрытом состоянии он создает полностью герметичный заслон, а в открытом — пропускает исключительно воздух.
  • Обратные клапаны устанавливаются на трубы там, где возможен нежелательный обратный заброс теплоносителя. Они пропускают жидкость только в одну сторону по ходу потока и препятствуют ее возвращению обратно.
  • Смесительные узлы позволяют смешивать холодную и горячую воду. От положения вентиля зависит температура в дистальном участке трубы.

Запорно-регулирующая арматура используется для контроля потока среды на объектах промышленного производства, и бытовых системах жизнедеятельности. Магистральные трубопроводы, месторождения нефти и газа и заводы по их переработке, сталеплавильные и химические предприятия, очистные сооружения и городской водопровод – вот лишь небольшая часть предприятий, где требуется огромное количество запорно-регулирующей арматуры.

Существует множество типов и модификаций запорно-регулирующей арматуры. Мы рассмотрим принцип действия наиболее распространенных типов изделий, таких как шаровые краны, дисковые поворотные затворы, шиберные задвижки, запорные клапаны и мембранные клапаны.

Читайте также:  Куда показывает мох на деревьях

Принцип действия всех вышеперечисленных типов запорной арматуры примерно одинаков. Все эти устройства либо ограничивают поток среды (воздуха, жидкостей, пара, газа, сыпучих тел), либо полностью перекрывает его. Различаются лишь элементы конструкции типов запорной арматуры, (мембрана, диск, шар) с помощью которых и происходит перекрытие потока.

Принцип действия шарового крана.

Шаровый кран – один из самых надежных элементов запорной арматуры. Краны такого типа обеспечивают очень хорошую возможность полного перекрытия потока, в случае поворота запорного элемента на четверть оборота (90°). К достоинствам шарового крана следует также отнести низкое время закрытия, и низкую вероятность протечки, в случае износа уплотнения

Шаровые краны можно разделить на неполнопроходные, и полнопроходные. Неполнопроходной кран в открытом состоянии имеет диаметр прохода меньший, чем диаметр трубопровода, полнопроходный кран имеет диаметр прохода равный диаметру трубопровода. Полнопроходный шаровый кран более эффективен, т.к. позволяет свести к минимуму падение давления в клапане.

Шаровые краны рекомендуются только для использования в полностью открытом, или полностью закрытом положении. Они не приспособлены для точного регулирования потока, или функционирования в частично открытом положении, так как создается избыточное давление на часть корпуса, что может привести к его деформированию. Деформирование корпуса приводит к протечкам и поломкам.

Принцип действия дискового поворотного затвора

В положении "открыто"

Шаг 1

Шаг 2

В положении "закрыто"

Дисковый поворотный затвор регулирует поток при помощи специального элемента – диска, закреплённого на валу, и поворачивающегося вокруг своей оси. Также, как и шаровый кран, дисковый затвор способен осуществить перекрытие за достаточно короткое время, так как диск осуществляет такой же оборот на 90 °, из-за чего этот затвор называют также четверть-оборотным.

В зависимости от положения диска и вала относительно корпуса, дисковые затворы могут быть трехэксцентриковыми и двухэксцентриковыми. Затвор со смещенным эксцентриситетом означает, что ось диска смещена относительно геометрической оси корпуса, что обеспечивает более плотное прилегание диска к уплотнению затвора, а следовательно – исключает протечки.

Дисковые поворотные затворы характеризуются простотой конструкции, легкостью веса, и компактными размерами. Но материалы, используемые при производстве затворов, могут ограничить их применение при очень высоких температурах, или крайне агрессивных средах. В основном это касается уплотнений затвора, изготовляемых из полимерных материалов.

Принцип действия запорно-регулирующего клапана

В положении "открыто"

Шаг 1

Шаг 2

В положении "Закрыто"

Запорно-регулирующий клапан подходит для использования на различных технологических объектах, исключая лишь трубопроводы больших диаметров, для контроля и регуляции потока среды.

Принцип действия клапанов не сильно отличается от принципа действия прочей запорно-регулирующей арматуры. Достоинства этих клапанов состоят в малом ходе затвора для полного открытия, соответственно такой клапан обычно имеет малые габариты и приемлемую массу. Также клапан обладает высокой герметичностью, и отсутствием трения уплотнения затвора о седло, что значительно сокращает их износ.

Недостатки подобного типа клапанов заключаются в сильном гидравлическом сопротивлении, и, соответственно, в больших потерях энергии, ограничении максимального диаметра трубопроводов, на которые их можно установить, а также в существовании застойных зон (по причине S-образного внутреннего сечения), где могут накапливаться примеси и мусор.

Принцип работы шиберной задвижки

В положении "открыто"

Шаг 1

Шаг 2

В положении "закрыто"

Конструкция шиберной задвижки напоминает шлюз — поток регулируется путем его разделения при помощи металлической пластины – шибера. Шиберная задвижка – одно из наиболее простых приспособлений для регуляции потока.

Шиберные задвижки, в зависимости от конструкции запирающего элемента могут быть межфланцевыми, двусторонними и ножевыми.

К достоинствам шиберной задвижки следует отнести то, что этот тип задвижек в открытом состоянии не содержит никаких элементов, препятствующих потоку.

Принцип действия мембранного клапана

В положении "открыто"

Шаг 1

Шаг 2

В положении "закрыто"

Мембранные клапаны используют в качестве запорного элемента гибкую мембрану (диафрагму) метод «щипать», чтобы остановить поток клапана, используя гибкую мембрану.

Одним из преимуществ мембранного клапана является то, что компоненты самого клапана отделены от потока среды, что в случае агрессивных сред увеличивает срок службы клапана, при условии регулярного обслуживания и своевременной замены мембраны.

Эти типы клапанов, как правило, не подходит для агрессивных сред, и сред с высокими температурами, в основном, они применяются для водопроводных систем.

Ниже представлено видео, в котором наглядно показан принцип работы трехэксцентрикового дискового затвора

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector