Классификация запорных клапанов

Запорный клапан — разновидность трубопроводной арматуры, предназначенная для перекрытия подачи транспортируемой по трубам рабочей среды посредством изменения своего проходного сечения. В данной статье мастер сантехник рассмотрит принцип работы запорных клапанов, их конструктивные особенности, разновидности и маркировку.

Функциональное назначение и сфера применения

Конструктивной особенностью клапана является то, что его запорное седло размещено параллельно движению циркулирующей среды. Его используют в качестве запирающей арматуры — его затвор необходимо держать в крайних положениях (открыто либо закрыто).

Существуют изделия с альтернативной конструкцией — регулирующие клапаны, а также арматура комбинированного исполнения.

Отметим, что согласно положений старых ГОСТ (действующих до 1982 г) клапана запорные, в которых для перемещения затвора используется резьбовая пара (шпиндель + направляющая гайка), классифицировались как вентили. Данная классификация сейчас не используется — в качестве клапанов рассматривается как арматура с гладким штоком, так и конструкции с шпинделем резьбового типа.

В клапанах с резьбовым шпинделем изменение положения затвора осуществляется за счет передачи шпинделем от привода крутящего момента, сам привод может быть механическим либо электрическим. Гладкий шток при регулировке осуществляет поступательное движение, такие конструкции комплектуются электромагнитным, гидравлическим либо пневматическим приводом. В отдельную категорию входят клапана запорные, укомплектованные быстродействующими приводами поршневого типа — такая арматура классифицируется как защитная и называется отсечной.

Широкое применение клапанов в качестве запорной арматуры обуславливается их надежностью — такие конструкции обеспечивают максимальную герметичность перекрытия трубопровода и имеют достаточно простое конструктивное исполнение. Их использование возможно на следующих типах трубопроводов:

• Тип рабочей среды — жидкая либо газообразная;
• Рабочее давление — от 2 до 250 МПа;
• Рабочая температура — от -200 до +500 градусов.

Как правило, запорный клапан устанавливается на трубопроводы сравнительно малых диаметров (до 200 мм). Использование клапанов на крупногабаритных трубах слабо распространено ввиду значительного увеличения усилий, которые необходимо прикладывать для управления арматурой, и необходимости усложнения ее конструкции.

Преимущества и недостатки

Запорный клапан, помимо надежности, имеет следующие преимущества:

• Возможность технического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации, без демонтажа с трубопровода;
• Длительный срок эксплуатации арматуры в условиях коррозионной и химически агрессивной среды, повышенной температуры и рабочего давления.

В плане конструктивного исполнения клапан похож на вентиль, однако за счет того, что запорный узел перемещается параллельно рабочей среде трубопровода, а не перпендикулярно ей, данная арматура имеет значительно меньший ход затвора и, как следствие, минимальные габариты и вес. Также при закрытии клапана его затвор не трется о седло, что обеспечивает отсутствие износа уплотнительных поверхностей.

К недостаткам конструкции относится высокое гидравлическое сопротивление, что приводит к потерям давления транспортируемой среды (особенно в трубопроводах больших диаметров), и наличие застойных зон, где накапливаются содержащиеся в циркулирующей жидкости механические примеси.

Принцип действия и особенности конструкции

Рассмотрим конструктивные особенности на примере клапана марки 15с65Ж — наиболее распространенной арматуры в отечественной промышленности. 

Схема компоновки 15с65НЖ

На рисунке желтым цветом обозначены патрубки, на конце которых размещены фланцы для крепления арматуры на трубопроводе. Внутри корпуса клапана 15с65нж расположено седло, которое при закрытии перекрывается золотником (№3). Шпиндель (№1), проходящий через сальниковый уплотнитель,  соединяет золотник с механическим приводом, посредством которого выполняется управление арматурой. Под номером 2 на схеме изображен бугельный узел, он же крышка клапана, внутри которого расположена направляющая резьба с уплотнительными элементами.

Принцип действия клапана 15с65нж достаточно прост — при вращении штурвала шпиндель, через резьбу, передает крутящий момент на затвор (золотник), который поступательно перемещается и перекрывает проходное отверстие в седле.

Запорная арматура имеет типовую маркировку типа 15с65нж, в которой:

• 15 — обозначение типа арматуры;
• с — материал изготовления (с — сталь);
• 65 — тип привода (ручной, маховик);
• нж — материал уплотнительных поверхностей (нж — нержавеющая сталь).

Рассматриваемый нами запорный клапан 15с65нж выпускается в размерах 15-150 мм (для установки на трубопроводы соответствующего диаметра). Он способен выдерживать давление до 16 кгс/см2 и температуру до 200 градусов, согласно гост №954 классифицируется по классу герметичности «А».

Разновидности запорной арматуры

Классификация клапанов на разновидности выполняется по двум признакам: типу крепления к трубопроводу и способу герметизации конструкции. В зависимости от способа фиксации клапан запорной проходной может быть:

• Муфтовый;
• Фланцевый;
• Сварной.

Фланцевый фиксируется посредством болтов и гаек, для которых на патрубках корпуса предусмотрена закладная пластина круглой либо квадратной формы с посадочными отверстиями под болты. Фланцевый способ соединения предназначен для арматуры, устанавливаемой на трубопроводы с давлением не более 20 МПа диаметром от 10 до 1000 мм.

Муфтовый клапан стыкуется с трубопроводом посредством резьбового соединения. Муфтовый способ наиболее распространен среди арматуры, предназначенной для бытовой эксплуатации, устанавливаемой на трубы диаметром до 150 мм. В плане простоты установки муфтовый способ предпочтителен — монтаж не требует применения специальных инструментов (нужен лишь разводной ключ) и занимает минимум времени.

В зависимости от способа герметизации, клапан может быть сальниковый либо сильфонный. В сальниковой арматуре герметичность соединения бугельного узла и затвора обеспечивает сальниковый блок (камера), внутри которого размещена уплотнительная набивка.

Арматура сильфонного типа получает герметичность за счет гофрированной трубки, внутри которой размещен шток клапана. Сильфон посредством сварки соединяется с корпусом в верхней части конструкции, и затвором — в нижней, перекрывая тем самым пути выхода рабочей среды из клапана. При перемещении штока внутри сильфона гофрированная трубка, за счет сжатия гофры, также изменяет свою длину.

Особенности арматуры электромагнитного типа

Электромагнитный, он же соленоидный вентиль (клапан), может устанавливаться на водопроводе либо газопроводе, транспортирующем газ и жидкость любого типа. Электромагнитный вентиль имеет принципиально отличающуюся конструкцию — он не оборудован механическим приводом, вместо которого внутри арматуры расположен электромагнит с сердечником, на котором зафиксирован затвор в виде диска либо поршня.

Электромагнитный вентиль функционирует в автоматическом режиме — при подаче на катушку тока электромагнитный сердечник втягивается внутрь соленоида и перемещает вместе с собой затвор, что открывает пропускное отверстие внутри корпуса.

В зависимости от конструктивного исполнения электромагнитный вентиль может быть нормально открытым (НО — без подачи электроэнергии пропускное отверстие открыто) и нормально закрытым (НЗ). Основной компанией, поставляющие такие вентили на отечественный рынок, является датская фирма Danfoss.

Также в отдельную категорию можно выделить клапан термозапорный КТЗ, используемый в системах пожарной безопасности.  Данная арматура применяется для автоматического отсечения подачи газа к потребляющим приборам при повышении температуры окружающей среды выше допустимого максимума.

Видео

В сюжете - Классификация трубопроводной арматуры

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Разбираемся в конструкции клиновой задвижки