Что такое клапан и как он работает?
Простыми словами, клапан - это устройство, используемое для контроля потока среды - жидкости, газа или твердого вещества - через трубопроводную систему. Обычно клапаны используются для остановки и запуска потока среды. Некоторые клапаны также способны контролировать скорость потока, их обычно называют контрольными клапанами.
Поскольку существует множество различных применений клапанов, они доступны в широком диапазоне механических вариаций. Использование соответствующего клапана в данном сценарии означает, что ваше приложение будет работать плавно и безопасно, достигая поставленной цели наиболее эффективно.
Хотя существует множество различных классификаций клапанов, большинство клапанов попадает в три категории: поворотные, линейные и самоактивируемые.
- Поворотные
Поворотные клапаны используют вращающийся элемент для блокирования потока в трубопроводной системе. Чаще всего это вращение ограничено 90 градусами, поэтому поворотные клапаны также часто называют четверть-поворотными клапанами. Эти типы клапанов закрыты при 0 градусах и открыты при 90 градусах.
Некоторые поворотные клапаны могут работать с большим углом поворота и иметь более двух положений. Обычные примеры типов поворотных клапанов - бабочка, затворные и шаровые клапаны.
- Линейные
Линейные клапаны используют препятствие для потока - такое как диск, жало или диафрагма - которое движется по прямой линии для запуска, остановки или регулирования потока через трубопроводную систему. Эти клапаны можно разделить на два основных типа: с подъемным штоком (многовитковые) и аксиальные.
Многовитковые линейные клапаны особенно хорошо работают в контрольных приложениях и включают в себя клапаны общего назначения, затворные клапаны и игольчатые клапаны. Аксиальные клапаны, такие как коаксиальные и угловые седельные клапаны, быстродействующие и используются в основном в процессах включения/выключения.
По сравнению с другими категориями клапанов, линейные клапаны обычно имеют более длительные циклы работы, чем поворотные клапаны.
- Самоактивируемые
В отличие от линейных и поворотных клапанов, самоактивируемые клапаны не требуют прямого вмешательства оператора. Вместо этого они используют давление внутри линии процесса для открытия или закрытия клапана давления. Этот тип клапана обычно используется в качестве предохранительного клапана и открывается только после достижения максимально допустимого давления в системе. В результате этого механизма самоактивируемые клапаны являются обязательными требованиями безопасности в определенных приложениях.
Распространенные самоактивируемые клапаны включают предохранительные клапаны, защитные клапаны, обратные клапаны и паровые ловушки.
Типы четверть-поворотных клапанов
Поскольку четверть-поворотные клапаны позволяют широкий диапазон движения при повороте рукоятки, эти типы клапанов часто используются в приложениях, где приоритет отдается быстрому и легкому открытию/закрытию перед точностью.
- Шаровые клапаны
Шаровые клапаны могут использоваться в большинстве приложений, где необходимо перекрыть поток жидкости. Фактически, они являются наиболее широко используемыми клапанами для процессов управления. Эти поворотные клапаны используют портированные сферы, которые вращаются в потоке трубы, работая на запуск или остановку потока.
Поскольку порт клапана может быть точно подобран под диаметр трубы, шаровые клапаны обеспечивают низкое сопротивление потока. Шаровые клапаны могут быть более дорогими, чем другие варианты поворотных клапанов, но они обеспечивают лучшую герметизацию, чем, например, дроссельные клапаны.
- Бабочковые клапаны работают с помощью центрально установленного дисковидного препятствия, которое колеблется внутри потока трубопроводной системы. Эти четверть-поворотные клапаны часто используются с крупными диаметрами труб и в очистных сооружениях, электростанциях и других производственных предприятиях, где требуется перекрытие, регулирование и изоляция.
Бабочковые клапаны работают с помощью центрально установленного дисковидного препятствия, которое колеблется внутри потока трубопроводной системы. Эти четверть-поворотные клапаны часто используются с крупными диаметрами труб и в очистных сооружениях, электростанциях и других производственных предприятиях, где требуется перекрытие, регулирование и изоляция.
Преимущества использования дроссельных клапанов включают более низкую стоимость и меньший размер. Однако эти распространенные типы клапанов более уязвимы для утечек и потерь напора, чем шаровые клапаны, и могут не работать так хорошо против потоков высокого давления.
- Затворные клапаны
Затворные клапаны очень похожи на шаровые клапаны по своей конструкции и функции. Однако вместо шарообразного препятствия затворные клапаны блокируют или разрешают поток с помощью конусообразного цилиндра, который поворачивается внутрь или наружу потока. Существуют два основных типа затворных клапанов: смазываемые и несмазываемые. Этот тип поворотного клапана часто используется для перекрытия и в качестве регулирующего клапана для химических производственных отраслей, заводов по переработке и очистных сооружений. Затворные клапаны могут быть предпочтительны из-за отсутствия полостей и полостей, а также из-за возможности регулировать утечки, которые возникают на протяжении длительного времени. В результате они часто используются в экстремальных условиях - думайте о коррозионной среде, такой как нефтеперерабатывающие заводы и химические заводы.
Типы многовитковых клапанов
Часто используемые в приложениях по регулированию потока, многовитковые клапаны работают путем поворота рукоятки для перемещения элемента препятствия в поток. Это ограничивает поток внутри трубопроводной системы. Некоторые типы многовитковых клапанов позволяют выпускать или блокировать поток с переменной скоростью. Эти типы клапанов обычно называют контрольными клапанами.
- Клапаны общего назначения
Клапаны общего назначения работают, используя диск в форме глобуса для блокирования потока при закрытии против рестрикционного отверстия. Эти многовитковые клапаны часто используются в приложениях включения/выключения и дросселирования. Клапаны общего назначения могут герметизировать как против, так и с потоком жидкости.
Двухходовые клапаны общего назначения рекомендуются для точности, в то время как трехходовые клапаны общего назначения подходят для смешивания среды из двух входных портов и отправки полученной смеси через выходной порт. Клапаны общего назначения часто используются в очистных сооружениях и предприятиях по переработке пищевых продуктов. Хотя этот тип клапана доступен во многих вариациях, наиболее распространенным является клапан в стиле Z.
- Затворные клапаны
Затворные клапаны - это многовитковые клапаны, обычно используемые для блокирования потоков и иногда (иногда неэффективно) для дросселирования. Этот тип многовитковых клапанов использует пластинчатое препятствие для блокировки потока.
Затворные клапаны обеспечивают более низкие потери напора в открытом состоянии по сравнению с другими типами клапанов. Хотя их работа сравнима с клапанами общего назначения, затворные клапаны обеспечивают меньшее сопротивление потоку и возможности регулирования.
- Игольчатые клапаны
Игольчатые клапаны тесно напоминают клапаны общего назначения, за исключением нескольких ключевых факторов. Во-первых, они меньше по размеру, чем клапаны общего назначения, и позволяют более точный контроль потока внутри меньших систем. Кроме того, они состоят из конусообразной иглы - в отличие от дисковидного затвора - которая движется внутрь и наружу из отверстия для запуска и остановки потока.
Игольчатые клапаны предлагают точный способ изменения потока жидкости через систему. Они могут использоваться для открытия/закрытия, но могут быть не лучшим вариантом в таких случаях, так как для закрытия требуется много поворотов.
Типы клапанов открытия/закрытия
Как и подразумевает название, клапаны открытия/закрытия - это быстродействующие устройства, которые либо обеспечивают неограниченный поток, либо полностью блокируют поток. Хотя эти типы клапанов не позволяют точно регулировать расход, они полезны в различных приложениях, где скорость важна, например, при использовании в ситуациях, требующих аварийного отключения.
- Соленоидные клапаны
Соленоидные клапаны используют линейный скользящий преградитель для открытия или закрытия клапана или перенаправления потока с одного выхода на другой. Эти типы клапанов доступны во многих различных размерах, от одного миллиметра до ста миллиметров. Более того, они могут быть изготовлены из различных материалов, таких как чугун, нержавеющая сталь, алюминий, пластик и латунь.
Соленоидные клапаны часто используются в аварийных системах автоматического отключения и высоконапорных системах. Они также могут работать при широком диапазоне температур, некоторые модели способны выдерживать температуры до -418° F до 1472° F, что делает соленоидные клапаны популярным выбором для криогенных процессов.
- Коаксиальные клапаны
Коаксиальный клапан - это клапан 2-позиционный, который может быть пневматически или электрически актуированным. Электрические коаксиальные клапаны используют электромагнитную катушку против пружины. Пневматические коаксиальные клапаны используют либо воздушное давление против пружины, либо двойное действие воздушного давления (воздушное давление, идущее с обеих сторон). Эти клапаны используют преградитель-шатун для открытия или закрытия и перенаправления потока к правильному выходу.
Коаксиальные клапаны являются хорошей альтернативой шаровым клапанам во многих приложениях открытия/закрытия. Фактически, они являются более доступной, меньшей, легче, безопасной и быстрой альтернативой. Недостатками коаксиальных клапанов являются более низкая пропускная способность и ограниченная совместимость с жидкостями.
- Угловые клапаны
Завершая список различных типов клапанов и их применения, угловой клапан, еще один тип клапана, который может служить заменой шарового клапана в приложениях открытия/закрытия. Угловые клапаны используют встроенный пневматический привод, который может быть двойного действия или с возвратной пружиной.
Этот 2-позиционный клапан включает преградительный шток, который входит в клапан под углом, чтобы поместиться в угловой сидящий клапан, расположенный внутри пути потока. Когда клапан открыт, шток почти полностью выдвигается из пути потока, что делает этот тип клапана самым производительным быстродействующим клапаном с наименьшим перепадом давления.
По сравнению с шаровыми клапанами, угловые клапаны работают быстрее, дешевле и так же надежны. Основным недостатком углового клапана по сравнению с шаровым клапаном является то, что угловые клапаны не работают так хорошо с средой, содержащей частицы. Из-за их линейной природы угловой клапан более подвержен защемлению объектов против уплотнения при закрытии, что может привести к невозможности создания герметичного уплотнения и повреждению мягких уплотнительных компонентов. Шаровые клапаны, напротив, обычно удаляют любые частицы при закрытии, что предотвращает застревание объектов между шаром и мягкими уплотнениями. Угловые клапаны также обычно лучше подходят для приложений с низким рабочим давлением.
Как выбрать тип клапана: ключевые факторы выбора
Как только вы разберетесь в различных типах клапанов и их применении, вы сможете определить, какой тип клапана лучше всего подходит для вашего конкретного приложения. При выборе клапана учитывайте следующие факторы и вопросы перед принятием решения:
- Размер клапана: Как различные размеры влияют на приложение?
- Давление: Как клапан работает при различных уровнях давления?
- Материалы: Из чего сделан клапан и почему это важно для различных приложений?
- Порты подключения: Сколько и какие входные и выходные порты включены?
- Характер среды: Какие типы среды может обрабатывать клапан или для каких условий он предназначен?
- Привод: Является ли клапан самоактивирующимся или требует ручной работы?
Дополнительные факторы, относящиеся к предполагаемому применению, включая:
- Какова температура среды?
- Как часто будет происходить цикл клапана?
- Какова желаемая срок службы клапана?
- Какова целевая стоимость клапана?
Часто задаваемые вопросы о различных типах клапанов
Почему важно выбрать определенный тип клапана?
Различные стили клапанов будут работать по-разному в любом конкретном приложении. Это может означать различия как в функциональности (скорость цикла, контроль положения и т. д.), так и в сроке службы клапана. Некоторые типы клапанов могут быть совершенно неуместны для определенных приложений.
В чем разница между линейными клапанами и поворотными клапанами?
Поворотные клапаны используют вращающийся элемент для блокирования потока в трубопроводной системе, в то время как линейные клапаны функционируют путем поднятия или опускания преградителя потока, такого как заслонка, шаровой или диафрагменный клапан. Поворотные клапаны обычно требуют всего 90 градусов вращения для включения или выключения, в то время как линейные клапаны требуют нескольких вращений вала для перемещения элемента закрытия.
Почему стоит рассмотреть использование клапана открытия/закрытия?
Клапаны открытия/закрытия следует использовать в приложениях, где предназначенная функция клапана - остановить или начать поток среды. Клапаны открытия/закрытия не следует использовать для регулирования расхода.
Почему стоит рассмотреть использование регулирующего клапана?
Регулирующие клапаны следует использовать в приложениях, где требуется более точное управление расходом среды, хотя не все регулирующие клапаны рекомендуется использовать для регулирования.
Могут ли все линейные клапаны использоваться в качестве регулирующих клапанов?
Нет; например, заслонки не рекомендуются для регулировочных приложений и предназначены либо для полного открытия, либо для полного закрытия.
Почему некоторые клапаны дороже других?
Стоимость зависит от множества факторов, включая материалы изготовления, технологические процессы и сложность конструкции. Существует множество различных функций и опций, которые могут повлиять на стоимость. Например, актуированные клапаны обычно будут намного дороже, чем ручные клапаны.
