Классификация и краткая техническая характеристика конструктивных исполнений основных типов арматуры

Среди многочисленных конструкций трубопроводной арматуры можно выделить и систематизировать следующие основные типы, классификация и описание которых с учетом их функционального назначения приводятся ниже.

• Краны
• Задвижки
• Задвижки шланговые
• Затворы дисковые
• Клапаны запорные
• Клапаны мембранные запорные
• Клапаны кольцевые
• Клапаны электромагнитные запорные
• Регулирующая арматура (краны, дисковые затворы и т.д.)
• Клапаны дыхательные
• Клапаны отключающие
• Клапаны распределительные (электромагнитные)
• Клапаны смесительные
• Клапаны обратные
• Клапаны невозвратно-запорные и невозвратно-управляемые
• Затворы дисковые обратные
• Регуляторы давления прямого действия
• Регуляторы уровня прямого действия
• Предохранительная арматура (клапаны, мембраны, колпачки) -
• Конденсатоотводчики
• Вантузы (воздухоотводчики)
• Газоотводчики
• Маслоотделители
• Запорные устройства указателей уровня
• Элеваторы (к арматуре относятся условно)

Краны - по форме затвора подразделяются на конусные, шаровые и цилиндрические.

Конусные краны могут быть сальниковыми или натяжными в зависимости от того, как регулируется посадка пробки в корпусе: сальником (в верхней части крана) или гайкой (в нижней части крана).

Краны могут быть проходными и пробно-спускными. Проходные краны устанавливаются на участке трубопровода и имеют два присоединительных патрубка, пробно-спускные краны устанавливаются на агрегатах, котлах, емкостях, резервуарах и имеют один присоединительный патрубок и прямой или изогнутый спуск.

Краны могут быть двух- или трехходовыми в зависимости от числа рабочих положений пробки. Краны со смазкой имеют устройство для периодической (ручной или автоматической) подачи густой смазки по каналам на пробке и корпусе для смазывания подвижного соединения. Краны для бесколодезной установки имеют конструкцию с органами управления, поднятыми над корпусом. Недостатками кранов являются значительный крутящий момент для управления, а также ограниченная область применения в связи

с наличием, как правило, неметаллических уплотнительных элементов; достоинства - многоцелевое назначение, а также возможность обеспечения полнопроходное™, малые строительные длина и высота.

Диапазон применения: DN до 2500 мм, PN до 320 кгс/см², температура рабочей среды от -200 до +400°С.

• Задвижки - могут быть полнопроходными и суженными, в последних диаметр отверстия уплотнительных колец меньше диаметра трубопровода.

По форме затвора задвижки подразделяются на клиновые и параллельные. Клиновая задвижка имеет клиновый затвор, на котором уплотнительные поверхнос™ расположены под углом друг к другу. Клин может быть цельным жестким, цельным упругим или составным двухдисковым. Параллельная задвижка имеет затвор, уплотнительные поверхности которого расположены параллельно друг к другу. Параллельная задвижка может быть шиберной (однодисковой) или двухдисковой.

По характеру движения шпинделя различаются задвижки с выдвижным шпинделем или штоком и задвижки с невыдвижным (вращаемым) шпинделем. В первом случае при открытии и закрытии задвижки шпиндель совершает поступательное или вращательно­поступательное (винтовое) движение. Во втором случае при открытии и закрытии задвижки шпиндель совершает только вращательное движение.

Задвижки с выдвижным шпинделем имеют большие габариты (по высоте), чем с невыдвижным шпинделем. Задвижки с невьщвижным шпинделем применяются для сред, обеспечивающих смазку пары трения ходовой гайки и шпинделя (нефтепродукты, вода и т.д.) и не вызывающих коррозию ходового узла. В остальных случаях используются задвижки с выдвижным шпинделем.

Задвижки выпускаются на следующие параметры: DN от 50 до 2000 мм, PN от 1,6 до 250 кгс/см², температура рабочей среды до 565°С.

По разовым заказам диапазон их применения может быть расширен.

Задзижка шланговая - представляет собой расположенный в защитном корпусе эластичный патрубок, который отбортован на фланцах корпуса, изолирует его и другие детали от воздействия рабочих сред. Перекрытие и регулирование потока рабочей среды

Шланговые задвижки используются в качестве запорного устройства на трубопроводах транспортирующих нефтепродукты, абразивные пульпы,

шламы и другие агрессивные среды с температурой до +110°С и давлением до 6 кгс/см².

• Затворы - имеют корпус цилиндрической формы (короткий отрезок трубы), диск закреплен на валу по диаметру полости корпуса (возможно некоторое смещение от оси). Поворот диска осуществляется при помощи вращения вала. В положении «открыто» плоскость диска установлена вдоль оси проходного отверстия.

Диск может быть плоским или сложной формы. Для обеспечения герметичности в большой номенклатуре затворов применяют эластичные уплотнительные элементы. Дисковые затворы выпускаются DN от 40 до 2800 мм, РН от 2,5 до 25 кгс/см², температура рабочей среды от -60 до +420°С.

Регулирующие дисковые затворы применяются на параметры PN до 400 кгс/см², температура рабочей среды от -70 до +550°С в зависимости от применяемых конструкционных материалов и характера уплотнения.

По сравнению с другими конструкциями трубопроводной арматуры дисковые затворы имеют минимальную строительную длину и малую массу.

К их недостаткам относятся: пониженная герметичность запорного органа и значительные крутящие моменты на валу.

Эластичные уплотнительные элементы применяются, как правило, при температуре рабочей среды не выше +200°С и давлении 40 кгс/см².

Клапаны - имеют большое число конструктивных разновидностей. В зависимости от назначения клапаны подразделяются на запорные, регулирующие, предохранительные, перепускные, обратные, отключающие, отсечные, кольцевые, эл ектромагнитные.

Клапаны могут быть односедельными и двухседельными, последние применяются обычно только как распределительные и регулирующие. Регулирующий клапан имеет затвор (плунжер), форма которого обеспечивает заданное изменение расхода в зависимости

хода плунжера, в запорном клапане затвор обычно имеет тарельчатую форму.

зависимости от направления потока через арматуру клапаны подразделяются на проходные, прямоточные и угловые.

В проходных клапанах среда на выходе из корпуса имеет то же направление, что и на входе

Прямоточные клапаны - проходные со спрямленной линией движения потока. Они имеют меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с проходными. В угловых клапанах направление потока среды на выходе перпендикулярно к направлению потока на входе (под углом 90°). Маховик проходного клапана расположен в плоскости, параллельной оси трубопровода, в прямоточных - под углом меньше 90° (обычно под углом в 45°), в угловых в плоскости, перпендикулярной к оси седла подводящего трубопровода.

Проходные и прямоточные клапаны устанавливаются на прямолинейных участках трубопровода, угловые - в местах поворота трубопровода на угол, равный 90°.

В некоторых клапанах конструкция предусматривает пружину или груз для открытия или закрытия клапана автоматически, когда действие перестановочного усилия прекращается.

По виду действия эти клапаны подразделяются на:

• нормально открытые (НО), если пружина (груз) удерживает клапан в открытом положении;
• нормально закрытые (НЗ), если пружина (груз) удерживает клапан в закрытом положении.

Перестановочным называется усилие, необходимое для пере­мещения затвора арматуры в рабочих условиях.

Клапаны запорные - наиболее распространенная конструкция арматуры. Диапазон параметров: условное давление от 2,5 до 2500 кгс/см², температура рабочей среды от -100 до +600°С с условными проходами от 3 мм до 600 мм (серийно выпускаются клапаны с условным проходом до 250 мм). Наиболее распространена конструкция клапанов, предусматривающая шпиндель, ввинчивающийся в резьбу неподвижной гайки, расположенной в крышке или бугеле, либо за счет вращения резьбовой втулки.

Отличаются простотой конструкции, но относительно большим коэффициентом сопротивления и малым ходом золотника (1/4 диаметра отверстия в седле). Клапаны ВН до 250 мм конструктивно могут быть выполнены для условий эксплуатации от глубокого вакуума до сверхвысоких давлений.

Мембранные запорные клапаны имеют особое конструктивное решение: упругая мембрана, выполняющая функции золотника, перемещается вдоль оси потока в седле клапана, перекрывающая проход и обеспечивающая при этом герметизацию рабочей полости клапана по отношению к внешней среде. Такие клапаны обычно изготавливаются из чугуна, а внутренние полости их покрываются защитным коррозионно-стойким слоем из неметаллических материалов (резина, пластмасса, эмаль).

Кольцевые клапаны отличаются тем, что затвором в них является цилиндр (поршень), перекрывающий седло корпуса и отсекающий кольцевую проточную полость корпуса. Приводной механизм располагается внутри корпуса в герметизированной полости затвора направленного вдоль оси трубопровода.

Управление кольцевым клапаном может осуществляться вручную, электроприводом, поршневым пневмо- или гидроприводом. Привод размещается снаружи корпуса или внутри него.

Встроенный поршневой привод применяется при использовании в качестве источника энергии рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. Передаточным механизмом в приводе могут служить кривошипно-шатунный, червячно-зубчатый, винтовой механизмы, а также зубчатая коническая передача.

Электромагнитные запорные клапаны - предназначены для быстрого дистанционного отключения или включения трубопровода. В связи с ограниченными тяговыми усилиями применяемых электромагнитов условные проходные диаметры электромагнитных клапанов прямого действия обычно имеют небольшое значение DN от 6 до 40 мм. Применение мембранных усилителей позволяет создавать электромагнитные клапаны с DN от 100 до 200 мм. Диапазон давлений - от 1 до 200 кгс/см². Температура рабочей среды от -40 до +225°С.

Электромагнитный привод встроен в клапан, а в качестве управляющего золотника, как правило, служит его сердечник.

Клапаны конструктивно выполняются так, что открытие и удержание основного золотника осуществляется за счет перепада давлений, а управляющий золотник перемещается усилием, развиваемым электромагнитом.

Регулирующая арматура предназначена для регулирования расхода путем изменения количества протекающей по трубопроводу рабочей среды. Регулирующая арматура управляется от постороннего источника энергии.

При ручном управлении осуществляется только периодическое ступенчатое регулирование. Непрерывное и бес­ступенчатое регулирование осуществляется при помощи пневматических, гидравлических и электрических приводов (исполнительных механизмов). В качестве регулирующего органа могут применяться краны, шланговая арматура, мембранная арматура, дисковые затворы и клапаны: односедельные, двухседельные, клеточные, трехходовые.

Наибольшее распространение получили регулирующие клапаны. Затвор регулирующего клапана (иногда его называют плунжером) по конструктивному исполнению может быть стержневым (игольчатым), полым (юбочным), сегментным, тарельчатым и поршневым (клеточным).

Регулирующие клапаны чаще всего изготавливают с пневма­тическими мембранными исполнительными механизмами (МИМ), или сильфонными исполнительными механизмами, или электрическими исполнительными механизмами (ЗИМ).

Регулирующие клапаны с пневмо- или гидроприводом одностороннего действия, снабженные силовой пружиной или грузом, по виду действия подразделяются на нормально открытые (НО) и нормально закрытые (НЗ) в зависимости оттого, открыт или закрыт клапан при отсутствии давления в приводе.

Процесс регулирования заключается в том, что при перемещении плунжера, благодаря особой конструктивной форме плунжера и седла (стакана), обеспечивается заданная характеристика регулирования потока. Плунжер перемещается в соответствии с сигналом, поступающим от прибора, установленного в системе автоматики. Пропускная характеристика может быть линейной, равнопроцентной или специальной.

Регулирующие клапаны, предназначенные для работы на больших перепадах давления, получили название дроссельных.

Двухседельные регулирующие клапаны, несмотря надовально сложную конструкцию, значительную металлоемкость и большие габариты, нашли повсеместное применение, благодаря своей высокой пропускной способности, малой энергоемкости, достаточно высокой надежности. Они имеют гидростатически уравновешенный плунжер, что требует меньших перестановочных усилий привода.

Односедельные регулирующие клапаны применяются лишь, когда площадь плунжера невелика или требуется надежная герметичность клапана в закрытом положении.

Клеточные регулирующие клапаны являются усовершенствованным видом плунжерных клапанов. В них устранены недостатки односедельной конструкции (неуравновешенность затвора) и двухседельной конструкции (негерметичность затвора). Клеточные клапаны можно использовать при значительно более высоких перепадах давления, чем допустимо для двухседельного того же типоразмера.

Клеточная конструкция обладает дополнительными двойствами: отсутствием или уменьшением разрушающегося действия кавитации в регулирующем органе при прохождении потока жидкости и снижением уровня шума при регулировании сжимаемых сред.

Среди конструкций регулирующих клапанов следует также выделить трехходовые клапаны, предназначенные для смешения двух потоков в один или разделения одного потока на два, а также регулирующие клапаны для малых расходов и микрорасходов (с условной пропускной способностью менее 0,1 м³).

Регулирующие клапаны с мембранными исполнительными механизмами (МИМ) могут быть снабжены дополнительными устройствами (блоками), расширяющими область применения регулирующих клапанов и способствующими повышению точности их работы. К таким блокам относятся: ручные дублеры, позиционеры, датчики положения, фиксаторы и т.д.

Отсечные (защитные) клапаны - предназначены для быстрого отключения трубопровода или его части при аварийной ситуации или по технологическим требованиям. Характерной особенностью их

является быстродействие, обеспечиваемое обычно срабатыванием пружины (винтовой или пакетом тарельчатых) в момент закрытия клапана. Пружина взводится пневмо- или электроприводом. В электроприводной арматуре для удержания пружины во взведенном положении используют защелки, управляемые электромагнитом.

Перепускные клапаны - предназначены для поддержания давления среды на требуемом уровне путем перепуска ее через ответвление трубопровода.

Дыхательные клапаны - предназначены для выпуска накопившихся паров или воздуха и предотвращения образования вакуума в резервуарах в результате «большого» и «малого» дыхания. «Большое» дыхание создается при поступлении и расходе жидкости, «малое» дыхание вызывается температурными колебаниями.

Клапаны отключающие - устанавливаются, как правило, на линиях с малым диаметром, для которых выброс среды в атмосферу в результате поломки трубопровода недопустим (токсичные и аналогичные им среды).

Принцип действия отключающих клапанов аналогичен двухпозиционным регуляторам расхода с узким диапазоном регулирования по расходу, то есть при превышении определенного заданного расхода (например, при разрыве трубопровода) клапан закрывается.

Наиболее широкое распространение получили клапаны с пружинным задатчиком.

Клапаны распределительные - предназначены для рас­пределения потока рабочей среды по определенным направлениям (трехходовые и многоходовые).

Обычно распределительные клапаны имеют электромагнитный привод и предназначены для дистанционного управления пневматическими и гидравлическими приводами.

Трехходовые клапаны предназначены для управления приводом одностороннего действия.

Распределительные клапаны имеют следующие способы фиксации положения:

• с помощью электромагнитного привода;
• с помощью механической защелки (фиксация золотника); от давления рабочей среды.

Клапаны смесительные - используются, если необходимо смешивать в заданных пропорциях различные среды, отличающиеся по составу и

температуре. При этом к ним могут предъявляться требования - выдерживать постоянные параметры смеси.

Обратные клапаны - предназначены для предотвращения образования обратного потока среды. Запорный орган в обратных клапанах открывается прямым потоком среды, а закрывается обратным потоком. Обратные клапаны подразделяются на подъемные и поворотные. Подъемные обратные клапаны имеют диск, совершающий возвратно- поступательное движение. Поворотные обратные клапаны имеют затвор, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси, расположенной выше центра седла клапана. Поворотные обратные клапаны могут быть одно- и многодисковыми. Обратные клапаны, имеющие сетку и предназначенные для установки в начале всасывающего трубопровода, называются приемными клапанами. По ныне действующей классификации поворотные обратные клапаны следует называть обратными дисковыми затворами.

Невозвратно-запорные клапаны представляют собой обратные клапаны, в которых помимо автоматического возможно и принудительное закрытие затвора, а невозвратно-управляемые - обратные клапаны, в которых возможно принудительное закрытие и открытие затвора.

Обратные дисковые затворы - предназначены для пред­отвращения обратного потока среды, их принцип действия - поворотный. Обратные дисковые затворы больших DN во избежание гидравлического удара оснащены гидродемпферами.

Обратные дисковые затворы имеют следующие параметры: DH от 15 до 2200 мм, РН от 2,5 до 250 кгс/см, температура рабочей среды до +600°С.

Регуляторы давления - прямого действия являются автоматически действующей арматурой, обеспечивающей поддержание постоянного давления на участке системы до или после регулятора путем изменения расхода среды. Они состоят из следующих основных элементов: регулирующего органа (с чувствительным элементом-датчиком командных сигналов привода), привода, задатчика нагружения (с грузовым, пружинным или пневматическим нагружением), импульсного устройства (пилотного управляющего устройства) и импульсной линии связи «регулятор - трубопровод». Чувствительные элементы делятся на мембранные, сильфонные и поршневые.

Действие регулятора основано на использовании энергии рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. С изменением давления на контролируемом участке изменяется степень открытия затвора в сторону, необходимую для восстановления исходного давления. Регулятор обычно

настраивается на определенный узкий интервал давлений, а изменение хода плунжера происходит при изменении давления рабочей среды. С изменением расхода изменяется и от­регулированное давление. Это происходит в связи с влиянием жесткости мембраны или пружины привода, которые в зависимости от хода плунжера создают различные усилия.

На точность работы регулятора давления оказывает влияние и порог чувствительности, определяемый по минимальному значению изменения давления, необходимого для того, чтобы плунжер изменил свое направление движения на обратное.

Регулятор давления «после себя» прямого действия, работающий в условиях, когда отрегулированное давление Р₂ меньше половины регулируемого Р_р то есть при Р₂ < 0,5 х Р₁ называется редукционным клапаном.

Регуляторы давления по функциональной зависимости регулируемой величины изготавливаются астатическими или статическими (пропорциональными).

Основные параметры: DN от 3 до 800 мм, PN не более 400 кгс/см², температура рабочей среды от -200 до +600°С.

Регуляторы уровня прямого действия - предназначены для автоматического поддержания уровня жидкости в сосуде в установленных пределах заданной высоты. Поддержание уровня осуществляется:

• путем впуска дополнительного количества жидкости (регулятор питания);
• путем выпуска избыточного количества жидкости (регулятор перелива).

Основными их конструктивными элементами являются:

• датчик положения уровня;
• исполнительное устройство в виде запорного или регулирующего клапана;
• поплавковое устройство.

Для передачи командных сигналов с датчика на привод клапана используется передаточное устройство электрического или механического действия (рычажное устройство). Датчиком положения обычно служит поплавок.

Предохранительная арматура - является видом арматуры, используемой для автоматического выпуска избытка жидкой, паро- или газообразной среды из системы высокого давления при чрезмерном повышении давления в ней в систему низкого давления или в атмосферу и обеспечивающей безопасную эксплуатацию установок и предотвращение аварий.

Предохранительная арматура выполняется в виде предохранительных клапанов (арматура многократного использования) или разрывных устройств - мембран или колпачков (арматура одноразового использования). Разрывные устройства применяются в тех случаях, когда по условиям безопасности требуется быстрое открытие больших проходов для сброса большого количества среды. Разрывные устройства обладают минимальной инерционностью при срабатывании и способны сбросить среду при очень быстром повышении давления.

Предохранительные мембраны выполняют разрывными, срезными, ломающимися, выщелкивающимися, специальными с при­нудительным разрушением от прокалывания или взрывной искры.

Применение разрывных устройств ограничивается тем, что при их разрушении полностью теряется продукт, находящийся в системе. Поэтому разрывные мембраны иногда устанавливают параллельно или последовательно с предохранительными клапанами.

В первом случае мембрана рассчитывается на давление срабатывания несколько более высокое, чем у предохранительного клапана, чтобы обеспечить дополнительный сброс среды при экстремальных условиях.

Во втором случае разрывные мембраны устанавливают перед предохранительным клапаном для защиты его от коррозии, загрязнения и исключения пропусков среды при закрытом клапане во время нормальной работы установки.

Предохранительные клапаны классифицируются следующим образом.

По принципу действия:

• клапаны прямого действия, открывающиеся непосредственно под действием давления рабочей среды;
• клапаны непрямого действия, в этом случае открытие главного предохранительного клапана осуществляется с помощью специального привода.

Клапаны непрямого действия подразделяются на клапаны:

• импульсно-предохранительные, в которых импульсом для сра­батывания служит также рабочая среда, поступающая из импульсного предохранительного клапана, настроенного на заданное повышение давления;
• клапаны со вспомогательным управлением, в которых осуществляется принудительное открытие от постороннего источника энергии.

Клапаны со вспомогательным управлением комбинированные клапаном, в которых главный клапан должен работать и как клапан со вспомогательным управлением и как клапан прямого действия на случай выхода из строя вспомогательного управления.

По характеру подъема замыкающего органа:

• клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах), имеющие пропорциональную характеристику подъема. В них подъем золотника - происходит равномерно, пропорционально повышению давления в системе. Эти клапаны иногда называют разгрузочными, перепускными, а также регуляторами давления «до себя»;
• клапаны двухпозиционного действия. В этих клапанах после небольшого повышения давления золотник рывком поднимается на заданную величину практически без изменения давления среды. Такие клапаны применяются в системах с постоянным расходом газа в аварийном режиме;
• пропорциональный, или двухпозиционный - подъем золотника в клапанах обеспечивается их конструктивным исполнением.

По высоте подъема замыкающего органа:

• малоподъемные, в которых высота подъема золотника не более 0,05 диаметра седла. Лимитирующим сечением в клапане является щель, образованная уплотняющими поверхностями золотника и седла. Эти клапаны работают, как клапаны пропорционального действия, установка их допускается при небольших расходах, в основном, на жидких средах;
• среднеподъемные, в которых высота подъема золотника составляет от 0,05 до 0,25 диаметра седла. Лимитирующим
• сечением для них также является щель. Эти клапаны выполняются пропорционального или двухпозиционного действия. Они применяются, как правило, для жидкостей;
• полноподъемные, в которых при срабатывании сечение в щели равно или больше самого узкого сечения седла, то есть высота подъема золотника более 0,25 диаметра седла. Лимитирующим сечением в них является самое узкое в седле клапана. Эти клапаны двухпозиционного действия. Для достижения автоматического полного подъема здесь используется энергия
• расширения пара или газа. Для использования напора истекающей среды в клапане устраиваются специальные диски или поршни.
  • По способу выпуска избыточной среды:
• открытые, в которых рабочая среда выпускается в атмосферу (такие клапаны работают без противодавления);
• закрытые - не сообщающиеся с атмосферой (такие клапаны выпускают рабочую среду в закрытую систему).
  • По виду нагрузки на золотник:
• грузовые (или рычажно-грузовые), в которых герметизация запорного органа обеспечивается с помощью груза;
• пружинные, в которых герметизация запорного органа обеспечивается усилием пружины. Эти клапаны находят наиболее широкое распространение. Они просты по конструкции, обладают высокой чувствительностью и надежностью в эксплуатации;
• рычажно-пружинные клапаны - применяются очень редко;
• магнитно-пружинные клапаны, в которых усилие магнита добавляется к усилию пружины при закрытом клапане, чем достигается высокая герметичность в затворе;
• клапаны с газовой камерой, у которых нагрузка на золотник создается сжатым газом, находящимся в герметически закрытой камере и действующим через специальную мембрану и шток на золотник клапана.
  • По направлению воздействия среды на золотник клапана:
• клапаны с подачей среды под золотник;
• клапаны с подачей среды на золотник.
• Чувствительным элементом здесь может служить поршень, сильфон или мембрана.

По виду разгрузки послезолотниковой зоны:

• неразгруженные, в которых на золотник действует неуравновешенное усилие от статического и динамического противодавления, последнее возникает из-за наличия сопротивления отводящей линии. Предназначены для установки в линиях с малым сопротивлением на сбросе и при постоянном статическом противодавлении, изменение которого не рекомендуется изменять более 10;
• разгруженные, в которых усилие противодавления не воздействует на золотник на площади, равной площади прохода в седле. Они выполняются с разгрузочным элементом в виде сильфона, мембраны или поршня и предназначены для работы в системах с большим и переменным противодавлением.

К предохранительным клапанам предъявляются следующие требования:

• при достижении максимально допустимого давления клапан должен безотказно открываться до полного подъема и пропустить рабочую среду в требуемом количестве;
• в открытом состоянии клапан должен работать устойчиво без вибраций;
• клапан должен закрываться при давлении не намного ниже рабочего и при последующем возрастании давления до рабочего обеспечить требуемую степень герметичности;
• в закрытом состоянии клапан должен обеспечивать требуемую степень герметичности при рабочем давлении.

Однако нужно учитывать, что надежность полного открытия предохранительных клапанов при заданном давлении и обеспечение заданной пропускной способности является требованием, которому должны быть подчинены все остальные предъявляемые требования.

Наибольшее распространение получили пружинные и рычажно­грузовые предохранительные клапаны.

Рычажно-грузовые клапаны изготовляют только малоподъемными: однорычажные клапаны - с одним седлом и двух­рычажные - с двумя седлами. Эти клапаны простой конструкции; отличаются постоянством усилия; могут быть использованы только в стационарных установках; не могут быть использованы для работы с противодавлением.

Малогюдьемные клапаны используются, как правило, на несжимаемых средах. Применение их на сжимаемых средах нецелесообразно

К преимуществам малоподъемных клапанов перед полноподъемными относятся: пропорциональность характеристики и способность открываться так, чтобы был обеспечен фактический аварийный расход; возможность их использования для жидких и газообразных сред.

Пружинные клапаны - более совершенной конструкции, чем рычажно-грузовые; имеют меньшую инерционность, меньшую массу и габаритные размеры; преимущественно полноподъемные.

Полноподъемные клапаны характеризуются быстротой срабатывания на полный ход золотника. Они обеспечивают высокие значения пропускной способности при сравнительно малых превышениях давления в защищаемой системе. Время открытия этих клапанов от 0,008 до 0,04 с. Обычно предохранительные клапаны имеют угловой корпус. Конструкции предохранительных клапанов и место их установки определены нормами

Госгортехнадзора и Госатомэ не pro надзора. Диапазон применения предохранительной арматуры PN до 400 кгс/см², DN от 10 до 300 мм.

Кондесатоотводчиками называются конструкции арматуры, используемые для отвода конденсата, образующегося в системах или установках. По принципу действия конденсатоотводчики делятся на сопловые, поплавковые, термостатные и термодинамические.

Работа поплавковых конденсатоотводчиков основана на исполь­зовании различия плотностей пара и конденсата, для чего служит поплавок.

Термостатным называют конденсатоотводчик, снабженный термостатом или биметаллическим элементом, работа которого основана на использовании расширения легкоиспаряющейся жидкости или расширения биметаллического элемента при нагревании. Здесь используется разность температур между паром и конденсатом.

Термодинамические конденсатоотводчики снабжены свободно лежащей на седле пластиной, которая управляется автоматически на основе действия газо- и термодинамических свойств пара и конденсата.

Сопловые конденсатоотводчики, как правило, снабжаются грязеуловителями с сеткой. Их преимущества: отсутствие подвижных деталей, малые габариты и вес, нет необходимости в обслуживающем персонале.

Вантузы, или воздухоотводчики - предназначаются для авто-матического удаления воздуха из наивысших точек работающего трубопровода, а также для автоматического впуска воздуха в водо-проводную сеть при образовании в ней вакуума.

Принцип работы таких устройств заключается в том, что воздух выпускается через клапан, закрываемый поплавком. Когда в вантузе накапливается воздух, он вытесняет воду и поплавок опускается, открывая клапан для выпуска воздуха. После выхода воздуха из корпуса поплавок, всплывая, закрывает клапан, перекрывая отверстие седла. Для впуска воздуха в вантузе имеется второй клапан, который находится в закрытом положении лишь при наличии избыточного давления. При образовании вакуума клапан открывается и пропускает воздух в систему.

Газоотводчики предназначены для автоматического выпуска накопившегося в жидкости газа (или пара) во избежание образования газовых (или паровых) пробок в трубопроводе.Маслоотделители служат для отделения масла от воды с целью уменьшения загрязнителей в сточных водах и использования масла после его

дальнейшей переработки.

Запорные устройства указателя уровня кранового типа применяются на котлах, сосудах и резервуарах для воды и других жидких сред. Состоят из верхнего и нижнего кранов и пробно­спускного крана для продувки.

Запорные устройства указателя уровня вентильного типа применяются для перекрытия подачи среды в смотровое стекло указателя уровня, устанавливаемого на котлах, сосудах и резервуарах. Верхний и нижний вентили с автоматически действующим аварийным шаровым затвором, обеспечивающим закрытие прохода при поломке стекла (шарик струей среды прижимается к седлу и закрывает проход).

Элеваторы - струйные насосы, не являются трубопроводной арматурой, однако исторически относятся к номенклатуре отрасли арматуростроения. Элеватор (от латинского «поднимаю») служит для подъема и смешения всевозможных жидкостей. Элеваторы могут быть водоструйными, пароструйными. Например, элеваторы применяются для подачи горячей воды в систему теплоснабжения зданий и выравнивания температуры путем смешения с обратной водой. Среди струйных насосов следует различать эжекторы (от фран­цузского «выбрасывать») - водоструйные насосы для извлечения воды из погребов, ям при помощи давления воды (например, водопровода) и инжекторы (от французского «вбрасывать») - пароструйные насосы для подачи питательной воды в котел при помощи пара (с одновременным подогревом).

Важной характеристикой трубопроводной арматуры является коэффициент гидравлического сопротивления, от которого зависит падение давления в трубопроводе. Так, при установке запорной арматуры на трубопроводе, через который осуществляется большой расход среды и имеется большая скорость потока (магистральные системы водопроводов, продуктопроводов и т.д.), предпочтительнее использовать конструкции с малым гидравлическим сопротивлением.

Ниже приведены коэффициенты гидравлического сопротивления для некоторых типов и исполнений запорной арматуры:

• краны шаровые полнопроходные - от 0,1 до 0,4
• краны шаровые зауженные - от 0,4 до 1,0
• краны конусные и цилиндрические - от 0,4 до 1,2
• задвижки полнопроходные - от 0,1 до 1,2
• задвижки зауженные - от 0,2 до 1,8
• клапаны сальниковые проходные - от 4,5 до 11,0
• клапаны сальниковые прямоточные - от 0,3 до 2,5
• клапаны мембранные - от 1,5 до 7,0

Примечание.

Зауженные, то есть неполнопроходные, площади сечений проточной части арматуры меньше площади отверстия входного патрубка.

Управление трубопроводной арматурой может быть осуществлено следующими способами:

• автоматическое управление;
• ручное управление;
• механизированное управление.

Движение на арматуру передается от механического привода (электрического, пневматического, электромагнитного), а момент подачи командного сигнала на привод определяется приборами, входящими в состав системы автоматического управления технологическим процессами.

Арматуру с автоматическим управлением можно разделить на автоматически управляемую и автоматически действующую.

В первом случае источником энергии механического привода и управляющей аппаратуры может быть любой (электричество, сжатый воздух гидравлика).

Во втором случае источником энергии является только рабочая среда,транспортируемая по трубопроводу.

При автоматическом управлении арматурой оператор непосредственного участия в управлении не принимает, его роль сводится только к вводу программы управления и контролю над действиями приборов и механизмов системы.

Ручное. Движение на арматуру передается усилием оператора, действующим на маховик или рукоятку. Момент срабатывания арматуры определяется оператором на основании показаний приборов или путем оценки создавшейся производственной ситуации. Можно выделить ручное местное управление и ручное дистанционное управление. В первом случае оператор действует в непосредственной близости к арматуре, во втором - на расстоянии, с использованием дистанционной механической передачи.

Механизированное управление. Движение на арматуру передается от механического привода, а командный сигнал на привод подается оператором на основании показаний приборов или путем оценки создавшейся производственной ситуации. В требуемые моменты оператор включает или выключает привод арматуры.

Ниже приводится классификация и описание следующих приводов арматуры, их основных вспомогательных блоков и элементов защиты;

• Ручные приводы.
• Электромоторные приводы:
• многооборотные
• неполноповоротные
• муфты ограничения крутящего момента путевые выключатели

• Электрические исполнительные механизмы:

однооборотные (МЭО), многооборотные (МЭМ), прямоходные (МЭП)

• Электромагнитные приводы:

блочные,

встроенные герметичные

• Взрывозащищенность электрооборудования.

Защита электрооборудования от проникновения твердых предметов и воды

Поршневые пневмо- и гидроприводы: двусторонние с поступательным движением, двусторонние с

вращательным движением, односторонние, сильфонные, лопастные, встроенные

• Пневмоприводы со струйным двигателем.
• Мембранные пневмо- и гидроприводы:

пружинные,

усилители мощности, амортизаторы, блоки обеспечения видов деятельности, фиксаторы положения

• Дистанционные передачи

Ручные приводы.

Ручное управление арматурой является наиболее старым, простым и надежным методом управления. В зависимости от диаметра маховика и места его расположения относительно корпуса оператора усилие, которое может приложить к маховику физически нормально развитый человек, в пред елах от 20 до 75 кгс. Во всех случаях и конструкциях закрывание арматуры должно происходить при вращении маховика или рукоятки по часовой стрелке, а открывание - вращением против часовой стрелки.

Помимо роли основного привода ручной привод имеет широкое применение как вспомогательный (ручной дублер) во всех механических приводах. Ручной дублер не предназначен для постоянного и эффективного управления арматурой, а служит лишь как средство для выхода

из аварийного положения, когда при отсутствии, например, электроэнергии необходимо открыть или закрыть арматуру, а также при выполнении пусконаладочных работ.

Когда для управления арматурой необходимо прилагать большие крутящие моменты, снижения усилия на маховике добиваются применением редукторов с зубчатой или червячной передачей.

Электромоторные приводы.

Многооборотные приводы.

Для управления запорной (а иногда и регулирующей) арматурой наиболее часто применяются электромоторные приводы (электроприводы), использующие доступный вид энергии - электрическую.

Несмотря на некоторые их недостатки, к которым относятся трудность обеспечения коррозионной защиты, необходимость оснащения сравнительно сложными пультами управления, значительная масса, увеличенная трудоемкость изготовления, электроприводы нашли широкое применение благодаря ряду существенных преимуществ перед другими видами приводов. Эти приводы используют электроэнергию, которая включается только на период работы привода; она не требует сложных коммуникаций; приводы могут включаться на месте или дистанционно, что облегчает автоматическое управление процессами; при управлении электроприводами запаздывание во

времени от подачи до исполнения команды незначительно. Относительная экономичность использования электроприводов возрастает при увеличении площади обслуживания или расстояния, с которого осуществляется управление.

Кинетическую энергию вращающихся частей можно использовать для срыва с уплотнения затвора задвижек при открывании запорного органа. Монтаж и обслуживание электроприводов не требуют особо высокой квалификации обслуживающего персонала.

Электроприводы могут быть установлены в труднодоступных местах, благодаря простоте электрокоммуникаций. Они обычно имеют компактную конструкцию и небольшие габаритные размеры, лишь для арматуры с малыми диаметрами проходов они получаются относительно громоздкими.

Устанавливаются непосредственно на арматуре или на расстоянии от нее, в последнем случае движение от электропривода на арматуру передается с помощью механической дистанционной передачи.

Серийно электроприводы для арматуры выпускаются с наибольшими крутящими моментами от 0,5 до 1000 кгс/см² в нормальном и взрыво­защищенном исполнениях при различной категории взрывозащиты и для различных климатических зон.

Для снижения частоты вращения при передаче движения от электродвигателя к выходному валу и увеличения крутящего момента наиболее часто используется червячный редуктор, но применяются и конструкции с зубчатыми передачами, в том числе и планетарными. Червячные редукторы имеют компактную конструкцию, сравнительно малое число деталей, большое передаточное число и просты в изготовлении.

В последнее время предложены конструкции электроприводов арматуры с редукторами, в которых применяется принципиально новый вид передачи - планетарно-винтовая. Эти приводы предназначены для арматуры с выдвижным шпинделем, имеют малые габаритные размеры и низкую металлоемкость.

Электроприводы позволяют осуществлять следующие действия при управлении арматурой: нажатием на пульте управления пусковых кнопок «Открыто» и «Закрыто» - открытие или закрытие рабочего органа арматуры; нажатием кнопки «Стоп»:

• остановку затвора в любом промежуточном положении;
• автоматическое отключение электродвигателя муфтой ограничения крутящего момента при достижении затвором крайних положений и при аварийном заедании подвижных частей в процессе движения на открытие и закрытие;
• автоматическое отключение электродвигателя путевыми выключателями при достижении затвором крайних положений;

• сигнализацию на пульте управления крайних положений затвора и срабатывания муфты соответствующими сигнализационными лампами;
• местное указание крайних положений затвора на циферблате местного указателя;
• дистанционное указание степени открытия прохода арматуры на пульте управления; автоматическое переключение электропривода из положения ручного управления на электрическое; электрическую блокировку электроприводов с работой других механизмов и агрегатов. В электроприводах предусматривается также ручной дублер, позволяющий управлять арматурой при отсутствии электроэнергии и при выполнении пусконаладочных работ.

В электромоторных приводах арматуры применяются короткозамкнутые асинхронные электродвигатели. Они просты

по устройству и надежны в работе, а для их управления требуется только магнитный пускатель.

Выбор многооборотного электропривода для конкретной арматуры следует производить по следующим параметрам:

• крутящий момент для управления арматурой;
• число оборотов выходного вала, необходимое для открытия (закрытия) арматуры, которое зависит от величины подъема золотника (клина) и шага резьбы шпинделя;
• скорость открывания (закрывания), то есть частота вращения выходного вала; степень взрывозащищенности;
• климатические условия эксплуатации;
• исполнение по вводу контрольного кабеля.

Следует обратить внимание также на габаритные размеры электропривода и его присоединительные размеры к арматуре.

Неполноповоротные электроприводы с кулисно­винтовым редуктором.

Кулисно-винтовые приводы используются в основном для управления запорной арматурой, то есть изделиями, которые работают редко и кратковременно. Для других режимов работы (например, повторно-кратковременного и др.) данные приводы непригодны, главным образом, из-за ограниченного ресурса работы винтовой пары, который обычно не превышает нескольких десятков тысяч циклов. Они предназначены для управления только такими конструкциями арматуры, угол поворота выходного элемента которых, необходим для управления запорным органом, не превышает 120° (что характерно для поворотных дисковых кранов и отдельных конструкций клапанов).

Из анализа конструкции кулисно-винтовых приводов можно сделать вывод о том, что существенный недостаток, ведущий к зна­чительному снижению КПД изделия его работы. Ходовой винт в работе испытывает не только осевую нагрузку и кручение (что неизбежно), но и побочную, которая ведет к его изгибу. Поскольку нагрузка максимальна в момент закрывания арматуры, то в это время максимальна и деформация винта.

Потери же в передаче в этот момент работы привода наиболее

неблагоприятно сказываются на всех характеристиках изделия.

Особенностью привода являются меняющийся предельный крутящий момент и переменная частота его вращения. Для данных приводов предельный крутящий момент и частота вращения приводного вала во время хода последнего меняются в два раза. То и другое обстоятельства в наибольшей степени отвечают требованиям арматуры, для которой идеальным является такой привод, который обеспечивает увеличение

предельного момента в конце закрытия и начале открытия и его значительное снижение в процессе перемещения, а также минимальную скорость запирающего элемента в конце его хода и многократное ее увеличение в процессе перемещения.

Муфты ограничения крутящего момента.

В момент закрытия арматуры, когда уплотнительные поверхности затвора и корпуса соприкасаются, происходит резкое торможение движения, при этом момент на выходном валу возрастает за счет использования кинетической энергии ротора двигателя. Чтобы обеспечить нормальную работу арматуры, закрывание должно производиться с моментом, достаточным для обеспечения герметичности запорного органа.

Чрезмерное повышение момента при закрывании затрудняет последующее открывание и может вызвать поломку деталей. Кроме того, после закрытия арматуры с повышенным моментом и в связи с увеличением коэффициента трения при трогании с места (коэффициент трения покоя) мощности двигателя для открывания может оказаться недостаточно.

Для того чтобы избежать этого, все электроприводы снабжаются устройством, ограничивающим момент на выходном валу при закрывании арматуры. С этой целью в электроприводах предусматриваются муфты ограничения крутящего момента.

Муфты могут быть одностороннего и двустороннего действия. Арматура, не имеющая верхнего уплотнения (перекрытие сальника), может оснащаться приводом с муфтой одностороннего действия, при этом ограничение крутящего момента происходит только в сторону закрытия арматуры. При открывании момент от действия электродвигателя не ограничивается. Арматура с верхним уплотнением оснащается электроприводом с муфтой двустороннего действия, в котором ограничение момента производится при движении затвора как в сторону закрытия, так и в сторону открытия арматуры.

По принципу действия муфты ограничения крутящего момента

подразделяют на механические, электромеханические и электрические.

В последнем случае муфта представляет собой устройство, называемое муфтой условно, не по конструктивному оформлению, а по назначению.

Принцип действия механических муфт заключается в том, что в си­ловую цепь механической передачи от электродвигателя до арматуры вводится элемент, который при превышении момента (усилия) сверх установленного, упруго деформируясь или перемещаясь с трением, разъединяет силовую цепь, прекращая движение от электро­двигателя к арматуре. Принцип действия электромеханических муфт основан на том, что перемещение детали (червяка привода) поджатой пружиной, при увеличении момента сверх установленного, используется для отключения электродвигателя. В приводах унифицированного ряда электродвигатель

отключается с помощью концевого микровыключателя при смещении подвижного червяка, поджатого с двух сторон пружинами. Так обеспечивается работа муфты двустороннего действия.

Ограничение момента на выходном валу электропривода может осуществляться также путем применения реле максимального тока (электрический способ, или «электрическая муфта»).

Путевые выключатели.

Помимо муфты ограничения крутящего момента или реле тока приводы имеют путевые выключатели.

При помощи путевых выключателей электропривода обеспечивается остановка привода в требуемом положении (крайнем или промежуточном), сигнализация крайних положений запорного органа арматуры и блокировка его работы с работой других механизмов. В приводах с односторонней муфтой ограничения крутящего момента или без нее они должны обеспечить надежное отключение двигателя привода от сети при достижении запорным органом крайних положений. В последнее время к путевым выключателям предъявляются требования не только надежности, но и точности срабатывания.

Электрические исполнительные механизмы.

Для управления регулирующими клапанами применяются электрические исполнительные механизмы. В зависимости от вида перемещения выходного звена механизмы подразделяются на типы:

МЭО - однооборотные,

МЭМ - многооборотные,

МЭП - прямоходные.

Режим работы механизмов - повторно-кратковременный с частыми пусками или повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением.

Пусковой крутящий момент (усилие) механизмов при номинальном напряжении питания превышает номинальный не менее, чем в 1,7 раза. Электрические исполнительные механизмы подразделяются на механизмы с неуправляемыми и управляемыми двигателями.

Первые содержат управляемую электрическим сигналом муфту, передающую сигнал управления регулирующему органу; двигатель работает непрерывно все время, пока действует система регулирования.

Исполнительные механизмы с управляемыми двигателями устроены таким образом, что при исчезновении сигнала двигатель выключается и останавливается с помощью тормоза; они подразделяются на механизмы с контактным и бесконтактным управлением.

При контактном управлении скорость выходного звена не зависит от величины управляющего сигнала, поэтому для получения переменной скорости используется импульсный режим работы электродвигателя (в основном применяют реверсивные).

Бесконтактные механизмы имеют повышенную надежность, позволяют относительно просто получать переменную скорость перемещения выходного звена. Для бесконтактного управления используются различные усилители - электронные, магнитные, полупроводниковые или их сочетания. В конструкцию электрического исполнительного механизма входит электродвигатель, редуктор (зубчато-реечный или эксцентриковый механизм), конечные выключатели и реостат обратной связи.

При работе электрических исполнительных механизмов для управления используются электрические схемы с применением электроники.

Электромагнитные приводы.

Электромагнитный привод применяется наиболее часто в конст­рукциях запорной и распределительной трубопроводной арматуры с условными диаметрами прохода от 0,8 до 250 мм и давлением рабочей среды от глубокого вакуума до 200 кгс/см² и более при рабочей температуре среды от -200 до +500°С.

Электромагнитные приводы могут быть тянущего, толкающего, поворотного и реверсивного действия. Они обладают высоким ресурсом, быстродействием, без затруднений согласуются с другими элементами систем автоматического управления.

Основными элементами электромагнитного привода являются катушка и магнитопровод. Магнитопровод состоит из подвижного сердечника, замыкающего магнитопровод, и неподвижного сердечника - полюса.

Подвижный сердечник воспринимает электромагнитное усилие, создаваемое током, проходящим по катушке, и возникающее между торцами передает ему движение. Между взаимодействующими поверхностями сердечника и полюса предусмотрены немагнитные зазоры, количество, размер и форма которых определяются конструкцией привода. Зазоры, в которых возникают усилия в направлении движения сердечника, называются рабочими, остальные - паразитными. К числу паразитных относятся и зазоры, необходимые для уменьшения воздействия остаточной индукции в деталях магнитопровода.

В арматуре используются блочные и встроенные электромагнитные приводы.

Встроенные электромагнитные приводы являются неотъемлемой частью арматуры и имеют общие с ней детали.

Блочные (агрегатные) электромагнитные приводы представляют собой конструктивно обособленные, самостоятельные электромагнитные механизмы. Они устанавливаются и закрепляются на арматуре с помощью фланца, кронштейна или другим способом. Связь сердечника электромагнитного привода с затвором запорного органа осуществляется с помощью штока, тяги или рычага.

Клапаны со встроенным герметичным электромагнитным приводом имеют уменьшенные габаритные размеры и массу. Однако воздействие рабочей среды на детали и узлы привода (особенно тепловое воздействие на обмотку катушки со стороны рабочей среды) и невозможность отвода тепла из зоны размещения затвора, которым привод управляет, ограничивают область применения этих приводов в арматуре.

Недостатком их является и то, что для деталей электромагнита требуется применение ферромагнитных коррозионно-стойких материалов и обмоточных проводов с изоляцией повышенной теплостой кости.

В тех случаях, когда по условиям эксплуатации необходимо изолировать от коррозионного или теплового воздействия рабочей среды детали и узлы электромагнитного привода, в конструкциях арматуры применяются блочные (агрегатные) электромагнитные приводы.

Герметизация ввода штока в рабочую среду арматуры выполняется сальником, уплотнительными кольцами, мембраной или сильфоном. В блочных конструкциях детали и узлы привода изолированы от воздействия рабочей среды, проходящей через полость арматуры. В большинстве эти приводы принципиально не отличаются от электромагнитных приводов общепромышленного назначения {станочных, тормозных).

Во встроенном электромагнитном приводе с герметичной разделительной трубкой осуществляется бессальниковая передача энергии через тонкую трубку сердечнику, размещенному в герме­тизированной полости. Герметичная трубка защищает катушку от воздействия рабочей среды. От воздействия окружающей среды и механических повреждений катушка защищается кожухом.