Запорные клапаны

В двигателях внутреннего сгорания, насосах, компрессорах клапаном принято называть деталь в виде диска, снабженного штоком, скользящим в направляющем отверстии. Этот клапан предназначен для перекрытия потока среды путем перемещения его вдоль оси и посадки на седло. В арматуростроении клапаном называют устройство, служащее для перекрытия потока среды в трубопроводе с помощью запирающего элемента, имеющего вид диска (тарелки клапана, золотника), при поступательном движении шпинделя (штока) вдоль оси потока перпендикулярно к плоскости седла. Поступательное движение шпинделя обеспечивает простоту конструкции и возможность быстрого перемещения затвора, но требует значительного перестановочного усилия для управления и дополнительных устройств для фиксации запирающего элемента в требуемом положении. Применение ходовой резьбы, обладающей свойствами самоторможения, позволяет оставлять запирающий элемент в любом положении с уверенностью, что это положение сохранится и не будет самопроизвольно изменяться под действием давления среды. Использование резьбы позволяет получать малые усилия на маховике.

Клапан отличается простотой конструкции и создает хорошие условия для надежной герметичности затвора в закрытом положении. В связи с этим клапаны получили широкое распространение, наиболее часто они применяются на трубопроводах малого диаметра. По мере увеличения диаметра прохода трубопровода, начиная с DN=50мм, клапаны уступают место задвижкам. При больших диаметрах прохода применение клапанов создает значительные потери энергии в связи с большим количеством транспортируемой по трубопроводу среде. Это обусловливает дополнительные расходы из-за необходимости повышать начальное давление в системе.

Положительным качеством клапанов является сравнительно небольшой ход запирающего элемента, необходимый для полного открытия. Для этой цели тарелку достаточно поднять на 1/4 диаметра отверстия в седле, тогда как для открытия задвижки необходимо клин или диски переместить на величину, равную диаметру отверстия, т. е. увеличить ход в 4 раза. Поэтому клапан имеет значительно меньшую строительную высоту, чем задвижка того же диаметра прохода, но строительная длина его больше, чем у задвижки, причем с увеличением диаметра прохода это разница увеличивается.

Клапаны изготавливаются из серого и ковкого чугуна, стали, латуни, бронзы, алюминия, титана, фарфора, стекла, полипропилена и других пластмасс.

По конструкции корпуса и расположению на трубопроводе различают проходные, угловые и прямоточные клапаны.

Проходные и прямоточные клапаны устанавливаются на горизонтальном или вертикальном участках трубопровода, угловые – на месте поворота. Последние имеют меньшее гидравлическое сопротивление, но область их применения ограничена поворотными участками трубопроводов.

Прямоточные клапаны, шпиндель которых расположен под углом к оси прохода, имеют относительно малое сопротивление. Игольчатая конструкция для обеспечения лучших характеристик регулирования потока обычно применяется на арматуре малых диаметров. Золотник выполнен с заостренным (игольчатым) профилем и изготовлен заодно со шпинделем, который садится в отверстие седла. Резьба шпинделя выполняется с большей точностью, чем обычно, для обеспечения добротного регулирования потока.

Серъезным недостатком конструкции клапана с подачей среды «на клапан» является то, что при этом сальник всё время находится под действием давления среды – даже при закрытом положении затвора.

К трубопроводу клапаны присоединяются фланцами, муфтами с внутренней резьбой либо цапками с наружной резьбой. В настоящее время широко используется стальные клапаны, привариваемые к трубопроводу, для чего они снабжаются соответствующими присоединительными патрубками.