Пружинные предохранительные клапаны: устройство и принцип действия

Пружинные предохранительные клапаны - важный элемент во многих системах. Они регулируют давление, предотвращают поломки оборудования, аварии и травмы персонала. Давайте разберемся в устройстве этих механизмов и принципе их работы.

Назначение пружинных предохранительных клапанов

Основные функции пружинных предохранительных клапанов:

• Защита оборудования от повышения давления выше допустимого
• Автоматический сброс избытка рабочей среды (газа, пара, жидкости)
• Предотвращение аварий и травм персонала

Пружинные предохранительные клапаны применяются:

• В промышленных установках
• В энергетике
• В системах тепло- и водоснабжения
• На транспорте
• В бытовых приборах (например, в водонагревателях)

Устройство пружинных предохранительных клапанов

К основным элементам пружинного предохранительного клапана относятся:

• Корпус
• Запорный орган (золотник или тарелка)
• Задатчик (пружина, груз, электромагнит)
• Седло

Клапан предохранительный пружинный фланцевый имеет фланцевое крепление к трубопроводу или сосуду.

По типу привода различают пружинные, грузовые и электромагнитные предохранительные клапаны. В пружинных предохранительных клапанах задатчиком служит пружина, в грузовых - груз на рычаге, в электромагнитных - электромагнит.

По степени подъема запорного органа выделяют полноподъемные, малоподъемные и среднеподъемные клапаны.

Материал корпуса - чаще чугун (СЧ или ВЧ) или нержавеющая сталь (08Х18Н10Т). Для повышения износостойкости золотник и седло выполняют из более твердых сплавов или делают наплавку износоустойчивых материалов (например, наплавка клапанов ЦН-12М или стеллита).

Принцип действия пружинных предохранительных клапанов

Рассмотрим принцип действия пружинного предохранительного клапана на примере клапана прямого действия с пружинным приводом.

В исходном состоянии запорный орган (золотник) плотно прижат к седлу усилием задатчика (пружины). Когда давление в системе повышается и достигает заданного значения, усилие от давления среды на золотник начинает превышать усилие от задатчика. Золотник приподнимается и открывает проход для сброса избытков рабочей среды в атмосферу или в отводящий трубопровод.

После снижения давления золотник под действием задатчика вновь плотно закрывает седло, прекращая сброс рабочей среды. Таким образом, клапан работает автоматически.

Давление открытия задается силой пружины. Давление закрытия, как правило, несколько ниже. Подъем золотника может быть полным или частичным.

Конструкция и принцип работы электромагнитных и грузовых предохранительных клапанов аналогичны с некоторыми отличиями.

Области применения пружинных предохранительных клапанов

Рассмотрим основные области использования пружинных предохранительных клапанов.

• Промышленные установки. Клапаны применяются в нефтегазовой отрасли, металлургии, химической промышленности. Защищают компрессоры, реакторы, теплообменники.
• Энергетика. Используются на тепловых и атомных электростанциях, в системах теплоснабжения.
• Жилищно-коммунальное хозяйство. Применяются в системах горячего водоснабжения и отопления.
• Транспорт. Устанавливаются на тепловозах, судах, в авиации.
• Бытовые приборы. Используются в водонагревателях, отопительных котлах, газовых плитах.

Конструкции пружинных предохранительных клапанов

Рассмотрим различные конструктивные варианты пружинных предохранительных клапанов.

По количеству седел бывают односедельные и двухседельные. Последние используются при больших диаметрах прохода.

По типу корпуса выделяют угловые и проходные клапаны. Угловые чаще применяются в стационарных установках, проходные - на транспорте.

В зависимости от степени герметичности бывают клапаны закрытого (герметичные) и открытого (негерметичные) типа.

Требования к материалам пружинных предохранительных клапанов

Материалы для изготовления пружинных предохранительных клапанов должны обеспечивать:

• Высокую коррозионную стойкость
• Термостойкость
• Износостойкость поверхностей трения
• Высокие механические свойства

Детали клапанов изготавливают из конструкционных и нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов.

Выбор пружинного предохранительного клапана

При выборе пружинного предохранительного клапана учитывают:

• Давление и температуру рабочей среды
• Требуемую пропускную способность
• Тип рабочей среды
• Условия эксплуатации

Подбор осуществляют по специальным методикам или с помощью программ подбора.

Монтаж пружинных предохранительных клапанов

При монтаже пружинных предохранительных клапанов необходимо соблюдать следующие требования:

• Устанавливать клапаны на вертикальных или горизонтальных участках трубопроводов
• Направление потока среды должно совпадать со стрелкой на корпусе
• Перед клапаном не должно быть запорных устройств
• После клапана предусматривают отводящий трубопровод

Крепление осуществляют с помощью фланцев, резьбовых или муфтовых соединений.

Эксплуатация пружинных предохранительных клапанов

В процессе эксплуатации проводят:

• Периодические проверки работоспособности
• Техническое обслуживание (регулировку, смазку, чистку)
• Замену быстроизнашивающихся элементов (пружин, седел, уплотнений)

Неисправности могут быть связаны с износом, коррозией, поломками и деформациями деталей.

Модернизация пружинных предохранительных клапанов

Для повышения надежности и быстродействия пружинных предохранительных клапанов применяют:

• Новые материалы и покрытия
• Малоинерционные электромагнитные приводы
• Системы автоматического контроля

Разрабатываются цифровые и многоступенчатые клапаны, интегрируемые в единую АСУТП.

Требования безопасности при монтаже и эксплуатации пружинных предохранительных клапанов

Основные требования безопасности:

• Клапаны должны соответствовать требованиям технических регламентов
• Персонал обязан пройти инструктаж по технике безопасности
• Необходимо использовать СИЗ
• Трубопроводы и арматура должны быть заземлены

Запасные части для пружинных предохранительных клапанов

Основные запасные части для пружинных предохранительных клапанов:

• Пружины различной жесткости
• Комплекты седел и золотников
• Уплотнительные кольца
• Сальниковые набивки
• Болты, гайки, шпильки

Запчасти подбирают в соответствии с типом и размерами клапана. Их замена необходима при техобслуживании и ремонте.

Ремонт пружинных предохранительных клапанов

Виды ремонтных работ:

• Замена изношенных деталей
• Устранение коррозии, трещин, деформаций
• Восстановление поверхностей трения
• Регулировка и испытания

Ремонт может быть текущим или капитальным в зависимости от объема работ. Выполняется на специализированных предприятиях.

Хранение и транспортировка пружинных предохранительных клапанов

При хранении и транспортировке соблюдают следующие правила:

• Используют закрытые вентилируемые помещения без агрессивных паров и газов
• Температура хранения от -40 до +50 °С
• Относительная влажность воздуха не более 80%
• Клапаны транспортируют в упаковке производителя

Нарушение условий хранения и транспортировки может привести к выходу клапанов из строя.

Утилизация пружинных предохранительных клапанов

По окончании срока службы клапаны подлежат разборке на составляющие:

• Черные металлы
• Цветные металлы
• Резинотехнические изделия

Детали отправляют на переплавку или утилизируют в соответствии с нормативами по обращению с отходами.