вид
8 Мая 2024г, Среда€ — 98.3062, $ — 91.1231
КЛАПАН как тип запорной арматуры представляет собой устройство, в котором затвор совершает возвратно-поступательное движение в направлении, параллельном направлению потока рабочей среды через седло корпуса. 
Клапаны, в которых затвор перемещается при помощи резьбовой пары шпиндель-ходовая гайка, ранее назывались «вентили». Однако с 1982 года это наименование было упразднено и сейчас клапаном называют тип арматуры, независимо от того, перемещается затвор с помощью резьбового шпинделя или гладкого штока. Клапаны вентильного типа управляются вручную или электроприводом, а клапаны с гладким штоком – гидро- или пневмоприводом.
Далее, учитывая, что клапаны первого типа применяются наиболее часто, для них будет употребляться термин «клапан», а в случае необходимости будет делаться оговорка, когда речь пойдет о клапанах с гладким штоком.
КЛАПАНЫ широко распространены как запорная арматура. Это объясняется возможностью обеспечения хорошей герметизации в запорном органе при сравнительной простоте конструкции.
Клапаны применяются для жидких и газообразных сред с широким диапазоном рабочих параметров: давления - от вакуума 5*10-6 мм. рт. ст. до 250 МПа, температуры – от - 200 до +600 °С. Клапаны используются на трубопроводах с номинальными условными диаметрами от 3 до 150. Большие DN встречаются редко в связи с тем, что в таких случаях приходится иметь дело с существенным возрастанием усилий для управления клапаном и усложнять конструкцию для обеспечения правильной посадки затвора на седло корпуса.
Среди ГЛАВНЫХ ДОСТОИНСТВ клапанов можно отметить:
К ОСНОВНЫМ НЕДОСТАТКАМ клапанов следует отнести высокое (по сравнению с шаровыми кранами и задвижками) гидросопротивление, ограничение пределов применения по DN и наличие застойных зон в большинстве конструкций.
В конструкциях клапанов есть много сходного с задвижками. Полость, в которой помещен запорный орган, как и в задвижке образована корпусом и крышкой. Корпус имеет два патрубка с концами для присоединения к трубопроводу. Внутри корпуса расположено седло, которое в положении «закрыто» перекрывается затвором.
Напомним, что перемещение затвора совпадает с осью отверстия в седле, через которое в положении «открыто» проходит рабочая среда. В этом заключается принципиальное отличие КЛАПНА от ЗАДВИЖКИ, где затвор перемещается перпендикулярно оси потока. Это отличие, на первый взгляд, как бы чисто теоретическое, влечет за собой совершенно различные условия работы арматуры в том, что касается обеспечения герметичности запорного органа, износа уплотнительных поверхностей и возможности их ремонта. Так например, в клапанах гораздо проще, чем в задвижках, обеспечивается герметичность затвора по классу А (напомним, что протечки по этому классу не допускаются). Это возможно путем применения уплотнительных колец из различных неметаллических материалов. При закрытии и открытии клапана в отличие от задвижки практически исключается трение уплотнения затвора о седло, что существенно уменьшает ИЗНОС уплотнительных поверхностей. Ремонт уплотнения часто сводится лишь к ЗАМЕНЕ неметаллического кольца на затворе, а в случае необходимости проточка и притирка металлических уплотнительных поверхностей в клапане выполняется тоже гораздо проще, чем в задвижках. Упоминавшийся ранее малый ход затвора в клапане (в четыре раза меньший, чем в задвижке такого же DN) позволяет создавать абсолютно герметичное уплотнение по отношению к внешней среде при помощи сильфона, что исключено для задвижек. Эти несколько примеров наглядно показывают, почему во многих случаях клапанам отдается ПРЕДПОЧТЕНИЕ перед задвижками.
Затвор клапана соединен (как правило, шарнирно) со шпинделем или штоком, которые выходят из крышки наружу через сальниковое или бессальниковое уплотнение. Исключение составляют клапаны диафрагмовые (мембранные), которые будут рассмотрены далее.
Резьбовой шпиндель в клапане ввинчивается в ходовую гайку, которая располагается непосредственно в крышке ниже сальника или в бугельном узле выше сальникового уплотнения.
По одной из своих важнейших характеристик – способу герметизации подвижного соединения шпиндель (шток) – крышка клапаны делятся на САЛЬНИКОВЫЕ и БЕССАЛЬНИКОВЫЕ. 
Последние в свою очередь – на СИЛЬФОННЫЕ и ДИАФРАГМОВЫЕ (или как их иногда называют – мембранные). Сальниковое уплотнение обладает многими достоинствами, которые делают его предпочтительным в большинстве случаев.
Здесь можно отметить возможность изготовления сальниковой набивки из многих различных уплотнительных материалов, позволяющих обеспечить хорошее уплотнение в широком спектре рабочих давлений и температур. Сюда можно отнести и простоту конструкции, и возможность поднабивки сальника или смены набивки в процессе эксплуатации. Кстати, по аналогии с задвижками в некоторых случаях в клапанах выполняется верхнее уплотнение, позволяющее изолировать сальниковый узел от воздействия давления рабочей среды и проводить необходимые регламентные работы по его техническому обслуживанию (например, 14с20п, 15с18п).
Отметим ДВА НЕДОСТАТКА сальниковых клапанов:
1) крутящий момент для управления клапаном обычно прилагается непосредственно к шпинделю, который совершает вращательно- поступательное движение, что ухудшает работу сальникового узла (например, 15ч9бр);
2) для малых значений PN резьбовая пара шпиндель – ходовая гайка обычно находится в рабочей среде, что снижает долговечность и надежность работы клапана, особенно в режиме многократных срабатываний.
Несмотря на эти отрицательные моменты такие решения широко применяются, так как они максимально упрощают конструкцию и соответственно – стоимость клапанов. Однако для клапанов на давления от 2,5 МПа и выше, а также для DN более 50 (эти границы следует принять только как весьма ориентировочные) резьбовая пара выносится из зоны рабочей среди и располагается выше сальникового уплотнения. Такие решения реализуются путем размещения ходовой гайки в бугельном узле, расположенном над крышкой клапана (например, 15с22нж).
Следует заметить, что чрезмерное УПЛОТНЕНИЕ САЛЬНИКА может приводить к возникновению таких больших сил трения между шпинделем и набивкой, что управление клапаном становится невозможным. В таких случаях некоторое ослабление затяжки сальника позволяет шпинделю (штоку) нормально перемешаться и в то же время сохранить необходимую герметичность по отношению к внешней среде.
Клапаны с сильфонным уплотнением называют СИЛЬФОННЫМИ. Они используются для работы в таких средах, утечка которых в окружающую среду недопустима. ПРЕИМУЩЕСТВО таких клапанов перед сальниковыми – исключение утечки рабочей среды в атмосферу в пределах срока службы сильфонного узла. В то же время, это достигается путем существенного усложнения конструкции и соответственно более высокой стоимости клапана.
Отметим еще одно ОТЛИЧИЕ сильфонного уплотнения от сальникового. В конструкции сильфонного узла сильфон надежно и герметично соединен как с корпусом клапана так и со шпинделем. Учитывая, что сильфон может работать только на сжатие, шпиндель должен совершать только поступательное движение, вращение шпинделя полностью исключается для предохранения сильфона от разрушения.
СИЛЬФОН, несмотря на достаточно высокие показатели надежности, все же имеет ограниченный срок службы. При усталостном разрушении сильфона ремонт клапана представляет собой сложную операцию по замене сильфонной сборки. Поэтому, при выходе сильфона из строя клапан подлежит снятию с трубопровода и замене на новый. В некоторых случаях для предупреждения утечки среды в атмосферу при внезапном разрушении сильфона на клапане сальник, приходится делать ДУБЛИРУЮЩИЙ СИЛЬФОН.
В практике работы по поставке сильфонных клапанов встречаются случаи, когда вопреки указаниям нормативно-технической и эксплуатационной документации хранение клапанов происходит в условиях, не исключающих попадания внутрь корпуса влаги, которая при замерзании деформирует сильфон, делая его непригодным к эксплуатации. Этот дефект легко обнаруживается при проверке легкости и плавности хода затвора путем вращения маховика или рукоятки.
Клапаны, у которых герметизирующим элементом относительно внешней среды является элластичная диафрагма (мембрана) называют ДИАФРАГМОВЫМИ или МЕМБРАННЫМИ.
Здесь, как и в сильфонных клапанах рабочая среда полностью изолирована от атмосферы. Особенность этих клапанов состоит в том, что диафрагма одновременно выполняет и функцию затвора, перекрывая под действием шпинделя проход рабочей среды через корпус.
НЕДОСТАТКАМИ таких клапанов являются относительно небольшой срок службы диафрагмы и пределы их применения, ограниченные небольшими давлениями и температурами.
Однако эта конструкция позволяет без применения нержавеющих сталей иметь чугунные клапаны, пригодные для различных агрессивных сред. Это достигается путем комбинации диафрагмы с покрытием (футеровкой) внутренних поверхностей корпуса различными коррозионно-стойкими материалами. Для диафрагм и футеровок применяют фторопласт, полиэтилен или резину (примеры: 15ч75п1, 15ч75п2, 15ч73гм). Внутренние поверхности корпуса покрываются также эмалью (15ч95эм). Корпуса диафрагмовых клапанов выполняются проходными фланцевыми. При этом внутреннее покрытие корпуса выходит на зеркала фланцев, полностью изолируя металл корпуса от агрессивной рабочей среды.
В исполнениях клапанов по направлению потока рабочей среды следует сопоставить КЛАПАНЫ ПРОХОДНОЙ и ПРЯМОТОЧНЫЙ. В проходном клапане в отличие от углового направление потока среды на входе и выходе – одинаковое (хотя иногда ось выходного патрубка смещена параллельно относительно входного). При этом поток среды в корпусе делает, как минимум, два поворота на девяносто градусов каждый. Это приводит к высокому гидросопротивлению и появлению застойных зон в корпусе. В прямоточных клапанах направление потока на входе и выходе также сохраняется. Но ось шпинделя расположена не перпендикулярно (как в проходных клапанах), а наклонно к оси прохода.
ТАКАЯ КОНСТРУКЦИЯ позволяет существенно спрямить поток, уменьшить потерю напора в клапане и ликвидировать застойные зоны. Однако при этом несколько увеличиваются ход затвора, строительная длина и масса изделия. Отметим, что прямоточность не оказывает влияния на другие характеристики клапана, такие как герметичность, присоединение к трубопроводу, применяемые материалы и другие. Так, например, на аналогичные условия эксплуатации (жидкие агрессивные среды PN 16 рабочей температурой до 300 °С) могут применятся как проходной клапан 15нж65бк, так и прямоточный 15нж58бк.
В отличие от кранов и задвижек для клапанов важное значение имеет направление потока рабочей среды – под затвор или на затвор. От этого зависят условия обеспечения герметичности и усилия для управления клапаном. В любом случае устанавливать клапан на трубопроводе следует так, чтобы рабочая среда подавалась обязательно по стрелке, которая имеется в маркировке на корпусе.
По присоединению к трубопроводу в клапанах используются все известные способы. При этом во фланцевых соединениях применяются любые исполнения уплотнительных поверхностей (включая линзовые уплотнения для РМ 20 МПа и выше). Напомним еще раз, что фланцевые и резьбовые соединения применяются для клапанов, изготовленных из любых материалов, а приварка к трубопроводу - только для изготовленных из различных видов сталей или титановых сплавов.
В клапанах из коррозионностойких сталей уплотнения во многих случаях выполняются из материала корпуса или затвора и обозначаются "бк". В то же время они - из нержавеющей стали и поэтому столь же правомерно применение обозначения "нж", что нередко встречается в документации заводов - изготовителей. Так например, клапаны на PN 40, выпускаемые Миргородским арматурным заводом обозначаются 15нж22бк, а Славгородским заводом – 15нж22нж.
Затворы в клапанах бывают ТАРЕЛЬЧАТЫМИ (золотниковыми) или КОНИЧЕСКИМИ. Уплотнительные поверхности тарельчатого затвора могут быть плоскими или конусными (в последнем случае седло в корпусе выполняется в виде фаски). Плоские уплотнения позволяют изготавливать их из различных металлов и сплавов, а также из неметаллических материалов. Они хорошо работают в жидких и газообразных средах, не содержащих взвешенных частиц. Конусные уплотнения – металл по металлу – используются для клапанов высоких давлений с взвешенными твердыми частицами в рабочей среде. Затвор конический применяется в клапанах DN не более 25 для PN 16 МПа и выше. Такие клапаны называют ИГОЛЬЧАТЫМИ (пример - 15с54бк).
Основные виды управления клапанами в основном, аналогичны тем, которые применяются для задвижек. ИСКЛЮЧЕНИЕ составляют электромагнитные приводы, которые для управления задвижками непригодны, а используются только для клапанов, учитывая это обстоятельство, дополнительные пояснения к управлению клапанами вручную или с помощью электропривода, очевидно не требуется.
Клапаны с электромагнитным приводом называют ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ.
Обычно они используются на участках трубопровода с диаметрами до 200 миллиметров для отбора проб дренажа и других подобных целей в системах с автоматическим управлением. Эти клапаны применяются для любых рабочих сред с температурой до 180 °С при давлениях до 20 МПа. Электромагнитные клапаны обладают многими достоинствами по сравнению с электроприводными. У них меньше время срабатывания, малые габариты и масса, работа как на переменном, так и на постоянном токе. Клапаны весьма надежны и долговечны, благодаря чему находят применение в ядерной энергетике и других ответственных системах.
Поршневые пневмоприводы применяют для клапанов, выполняющих функции как обычной запорной, так и отсечной арматуры. Такое деление несколько условно, так как учитывает, в основном, время срабатывания. В запорных клапанах оно составляет до 10 секунд, а в отсечных – до 1 секунды. Поршневой пневмопривод обладает необходимым быстродействием и достаточно прост по конструкции. Поэтому клапаны с пневмоприводами применяются для срочного аварийного отключения участка трубопровода в системах с автоматическим управлением.
Итак, в КЛАПАНЕ затвор (его обычно называют золотник) перемещается возвратно-поступательно в направлении, совпадающем с направлением потока рабочей среды через седло. Следует иметь в виду, что до 1982 г. клапаны, в которых перемещение затвора– золотника осуществляется при помощи резьбовой пары (шпиндель – ходовая гайка), назывались вентили. В настоящее время этот термин стандартом к применению запрещен, из технической документации исключается, но по-прежнему широко используется как разговорный.
При большом разнообразии конструкций запорных клапанов можно отметить только их отличия по форме проточной части для прохода среды. Это клапаны ПОХОДНЫЕ и УГЛОВЫЕ. Среди первых можно выделить клапаны ПРЯМОТОЧНЫЕ, внешним признаком которых служит расположение шпинделя не перпендикулярно, а наклонно к оси прохода корпуса (ранее их называли вентили типа «КОСВА»).
Дополнительная информация представлена в следующих видеороликах:
