Регулирование потоков различных жидкостей и газов и регулирование взаимных положений различных компонентов в процессе производства является неотъемлемой составляющей частью любого технологического процесса. Применяемые для этих целей регулирующие органы, такие как клапаны, задвижки и заслонки осуществляют регулирование давлений (расходов) жидких и газообразных сред в широких диапазонах температур, давлений и физических свойств технологических сред и параметров
Практически любой регулирующий орган можно условно разложить на две составляющие компоненты:
-
собственно регулирующий орган, осуществляющий непосредственный контакт и взаимодействие с технологической средой, веществом, материалом или теплоносителем и призванный изменять через свою исполнительную часть количественные или качественные характеристики вещества или материала; регулирующие органы наиболее часто представлены в виде трубопроводной арматуры, стержней позиционирующих в рабочей зоне установки, механически связанных узлов и компонентов взаимодействующих друг с другом в процессе протекания технологических процессов;
-
исполнительный механизм или привод регулирующего органа, осуществляющий управляемое преобразование одного вида энергии (энергии сжатого газа в пневматических системах, электрической, гидравлической и др. видов энергии) в механическую энергию, прикладываемую к регулирующему органу, в результате чего исполнительная часть регулирующего органа выполняет возлагаемые на нее функции.
Наиболее часто в качестве регулирующих органов применяются клапаны, устанавливаемые на трубопроводах. Кроме клапанов в качестве регулирующих механизмов применяются заслонки, краны, шиберы и т.д.
Регулирующие (запорно-регулирующие) клапаны
Клапаны предназначены для управления потоками жидких и газообразных сред, транспортируемых по трубопроводам.
Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны осуществляют непрерывное изменение расхода регулируемого потока от минимального, когда клапан полностью закрыт, до максимального, когда клапан полностью открыт.
Запорные или отсечные клапаны управляют регулируемым потоком не непрерывно, а дискретно (клапан полностью открыт или полностью закрыт). Как у регулирующих, так и у запорных клапанов есть небольшие протечки регулируемой среды при закрытом положении клапана.
Следует отметить, что деление клапанов на регулирующие, запорные и запорно-регулирующие есть только в нашей стране, также как и отдельные стандарты на протечки для регулирующих и запорных клапанов. Весь остальной мир производит просто регулирующие клапаны, протечки у которых подразделяются на шесть классов, чем выше номер класса – тем меньше протечки. Последние три класса относятся к клапанам, которые у нас называют запорными и запорнорегулирующими.
Под условным диаметром прохода клапана (Ду) следует понимать номинальный внутренний диаметр входного и выходного патрубков клапана (в ряде случаев диаметр выходного патрубка может превышать диаметр входного). Каждому значению условного диаметра прохода клапана соответствует максимально возможное значение расхода регулируемого вещества, которое, в общем случае, зависит от ряда параметров (перепада давления, плотности и др.). Для удобства сравнения клапанов и выбора по результатам гидравлического расчета необходимого типоразмера клапана введено понятие условной пропускной способности.
Условная пропускная способность клапана (Kvy) показывает, какое количество воды при температуре 20 °С может пропустить клапан при перепаде давления на нем 0,1 МПа (1 кгс/см2 ) при полностью открытом затворе.
Регулирующий клапан состоит из трех основных блоков: корпуса, дроссельного узла и привода клапана. Типичная конструкция проходного запорно-регулирующего клапана без установленного привода представлена на рисунке 1.
Внутри корпуса клапана 1 устанавливается дроссельный узел, состоящий из седла 2 и плунжера 3, связанного со штоком 4. Седло может быть выполнено в различных конструктивных исполнениях: вворачиваться в корпус клапана как показано на рисунке 1, прижиматься к корпусу специальной втулкой или выполняться заедино с корпусом.
Плунжер скользит по направляющей, выполненной в крышке 5. Между корпусом 1 и крышкой 5 установлена уплотнительная прокладка 6. Шток 4 выводится наружу через сальниковый узел 7, представляющий собой набор подпружиненных шевронных колец из фторопласта-4 или его модификаций. На крышке 5 устанавливается привод, шток которого соединяется со штоком клапана. Привод может быть пневматическим, ручным, электрическим или электромагнитным.
Дроссельный узел является регулирующим и запирающим элементом клапана. Именно в этом узле реализуется задача изменения проходного сечения клапана и, как следствие, изменение его расходной характеристики.
Конкретные комбинации втулка-седло-плунжер выбираются исходя из условий эксплуатации клапана: перепада давления, типа регулируемой среды и ее температуры, наличия мехпримесей, величины пропускной способности, вязкости среды и т.д.
В большинстве случаев важное значение для работы клапана имеет правильное направление подачи рабочей среды. Оно маркируется стрелкой на наружной поверхности корпусов. Если среда подается через левый канал в корпусе, изображенном на рисунке 1, то такое направление подачи называется «под затвор» (среда подходит к плунжеру снизу), а если среда подается по правому каналу, то такое направление подачи называется «на затвор» (среда прижимает плунжер к седлу в закрытом состоянии). Основные параметры и характеристики типовых регулирующих проходных клапанов, выпускаемых отечественными предприятиями представлены в таблицах 1 и 2.
