Заголовок статьи «Клапаны регулирующие» состоит из существительного и прилагательного. Прилагательное «регулирующие» свидетельствует о принадлежности ее «главного героя» к определенному виду трубопроводной арматуры ─ регулирующей арматуре. Существительное ─ о принадлежности к одному из ее типов ─ клапанам.
Регулирующая трубопроводная арматура: решая самые сложные задачи
Регулирование параметров потока рабочей среды необходимо для эффективного контроля технологических процессов и связывания между собой их отдельных фаз. Без этого невозможно обеспечить стабильность в номинальных режимах и нормальное протекание переходных режимов.
Управлять параметрами потока рабочей среды посредством изменения ее расхода, обеспечивая комплекс требований по виду регулировочной характеристики, надежности и точности регулирования, ─ одна из важнейших задач трубопроводной арматуры. И, прежде всего,─ регулирующей арматуры, занимающей исключительно важное место в общей номенклатуре трубопроводной арматуры.
Регулирующая арматура как в своем «классическом» виде, так и в комбинации с запорной арматурой (согласно «ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения») обеспечивает условия нормального функционирования оборудования на различных объектах, включая такие сложные и ответственные как ТЭС, АЭС, системы трубопроводного транспорта. Примером симбиоза трубопроводной арматуры различных видов является совмещающая функции запорной и регулирующей арматуры запорно-регулирующая арматура (запорно-регулирующий клапан). Как известно, запорная арматура предназначена для перекрытия потока рабочей среды с определенной герметичностью.
Иногда к регулирующей трубопроводной арматуре относят самостоятельную с точки трения классификации, установленной в нормативно-технической документации (Так было в «ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения»; пришедший на смену ГОСТ Р 52720-2007 ГОСТ 24856-2014 о редукционной арматуре не упоминает), редукционную (дроссельную) арматуру, предназначенную для снижения (редуцирования) рабочего давления в системе за счет увеличения гидравлического сопротивления в проточной части. Т. е. клапан, регулирующий давление. Актуальность регулирующей арматуры только возрастает по мере усложнения условий работы в электроэнергетике. Их ярким проявлением являются повышение начальных параметров теплоносителей на тепловых станциях и рост единичной мощности турбоустановок в атомной энергетике.
Без использования регулирующей арматуры невозможно обеспечить растущие требования по обеспечению надежной и вместе с тем максимально экономичной работы различных систем в тепло- и электроэнергетике, трубопроводном транспорте и других направлениях современных технологий.
Клапан ─ имя существительное
Если слово «арматура» имеет латинское происхождение, то «клапан» пришел в русский язык из немецкого, в котором еще до появления клапанов как технического устройства обозначало крышку (нем. Klappe). Языковеды даже называют точное время ─ XVIII век. Свойство клапана открывать и закрывать проход для какой-то среды ─ прямое подтверждение его кровного родства с открывающейся — закрывающейся крышкой.
Существительное «клапан» используется не только в трубопроводной арматуре. Сердечные клапаны регулируют кровоток, клапаны духовых инструментов — поступление превращающегося в звуки музыки воздуха из легких. Клапаны есть в самых разных технических устройствах ─ насосах, компрессорах и т. д. Клапан прикрывает отверстие в кармане пальто или пиджака.
Клапаны ─ самый распространенный тип трубопроводной арматуры. В качестве основного элемента они входят в конструкцию большинства регуляторов.
У клапана запирающий или регулирующий элемент перемещается параллельно к оси потока рабочей среды.
Особенности, свойственные клапанам, ─ быстрое срабатывание, высокая герметичность, большие усилия на привод затвора и гидравлическое сопротивление, наличие противодавления рабочей среды.
Конструктивно выполненная в виде клапана запорная арматура называется запорным клапаном. Обратная арматура ─ обратный клапан, невозвратно-запорная арматура ─ невозвратно-запорный клапан, невозвратно-управляемая арматура ─ невозвратно-управляемый клапан. Регулирующий клапан (иногда говорят «исполнительное устройство») ─ вид регулирующей арматуры, конструктивно выполненной в виде клапана (с исполнительным механизмом или ручным управлением).
Регулирующий клапан, предназначенный для смешения двух и более различных по параметрам и/или свойствам рабочих сред, называют смесительным клапаном.
Регулирующие клапаны зачастую ─ наиболее значимый и дорогостоящий элемент контура регулирования. Работать им приходится в достаточно сложных условиях: изменение положения регулирующего органа сопровождается изменением давления на клапане, формы проходного сечения, скорости рабочей среды в проточной части. Перепады давления сопровождаются преобразованием огромных количеств энергии.
Эффективная работа регулирующего клапана обеспечивает условия для нормального функционирования технологических систем, поддерживают стабильность их рабочих параметров.
Разновидности регулирующих клапанов
Конструктивно регулирующие клапаны могут быть односедельными, двухседельными, клеточными.
Регулирующий клапан, расчетное проходное сечение которого образовано одним затвором, называют клапан регулирующий односедельный, а двумя параллельно работающими затворами, расположенными на одной оси, ─ двухседельный регулирующий клапан.
Седло ─ неподвижная часть рабочего органа клапана. Представляет канал или отверстие для прохода потока. Подвижная часть рабочего органа носит название «затвор» и служит для перекрытия проходного отверстия седла. Подвижный регулирующий элемент затвора регулирующего клапана, перемещением которого достигается изменение его пропускной способности, носит название «плунжер».
Если затвор регулирующего клапана выполнен в виде детали с профилированными отверстиями для пропуска рабочей среды и плунжера, благодаря перемещениям которого внутри клетки меняется суммарная площадь открытых сечений этих отверстий, это ─ регулирующий клеточный клапан.
Регулирующие клапаны клеточного типа обладают высокими эксплуатационными характеристиками, отличаются безотказностью, надежностью и экономичностью. Это сравнительно новый вид оборудования ─ в России их начали выпускать только в конце в 90-х годов.
В зависимости от направления потока клапаны подразделяются на проходные и угловые.
Клапан регулирующий проходной ─ это клапан, присоединительные патрубки которого соосны или взаимно параллельны. У углового регулирующего клапана оси входного и выходного патрубков расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Проходные клапаны, у которых площадь проходного сечения затвора равна или больше площади входного патрубка, называют полнопроходными клапанами.
Регулирующий клапан, в котором при отсутствии энергии внешнего источника затвор закрыт, называют регулирующим нормально-закрытым клапаном (регулирующий клапан НЗ). А если затвор открыт ─ регулирующим нормально-открытым клапаном (регулирующий клапан НО).
Регулирующий клапан с приводом
Привод ─ устройство для управления арматурой, обеспечивающее перемещение запирающего элемента, а также создание, в случае необходимости, усилий для обеспечения требуемой герметичности в затворе.
Используются разные приводы. Управление регулирующим клапаном может быть ручным ─ клапан ручной регулирующий управляется поворотом маховика или рукоятки. Или, в зависимости от потребляемой энергии, ─ электрическим (регулирующий или запорно-регулирующий клапан с электроприводом), электромагнитным, гидравлическим, пневматическим (клапаны с пневмоприводом в основном устанавливаются там, где развиты воздушные системы) или их комбинацией.
В зависимости от местоположения относительно арматуры различают приводы встроенные или дистанционные.
Выбор конструкции регулирующего клапана
Выбор конструкции регулирующего клапана в первую очередь зависит от температуры, давления и свойств рабочей среды. Широко используются отличающиеся высокой универсальностью односедельные проходные клапаны.
В случае больших номинальных диаметров или больших перепадов давления альтернативой односедельным разгруженным клапанам являются клапаны с двойным седлом.
При «стандартных» температурах эффективное конструктивное решение — самоподжимающийся пружинный сальник. Особые требования предъявляются к клапанам, работающим в условиях очень высоких и низких температур. В первом случае для лучшей тепловой изоляции клапанов могут применяться специальные охлаждающие ребра, препятствующие чрезмерному повышению температуры в зоне сальникового уплотнения.
При криогенных температурах необходимо предусмотреть защиту сальникового уплотнения от обледенения.
В условиях сильно загрязненной рабочей среды стараются избегать сетчатых конструкций.
Для абразивной рабочей среды хорошо подойдут угловые клапаны, обеспечивающие ее беспрепятственный выброс. Если они изготовлены из износостойких материалов, срок их эксплуатации даже в экстремальных условиях будет достаточно продолжительным.
Важная часть конструкции ─ присоединение к трубопроводу. Чаще всего применяются фланцевые, сварные или винтовые соединения. Наиболее распространены фланцевые. Сварные используются, главным образом, в линиях высокого давления водяных и паровых контуров. Преимущества сварных соединений ─ герметичность. Недостаток ─ ограниченная ремонтопригодность и более высокая стоимость изготовления.
Характеристики регулирующих клапанов
Производители регулирующих клапанов в технических документах приводят значимые для потребителей параметры.
К числу важнейших из них принадлежат пропускная способность, давление рабочей среды (рабочее, пробное, иногда говорят «испытательное»), ее температура.
Большое значение имеет «геометрия» регулирующего клапана: номинальный диаметр (используются и другие наименования ─ условный проход, диаметр условного прохода, условный диаметр, номинальный размер, номинальный проход), габаритные и монтажные размеры. А также масса.
Потребителю важно знать нормативный срок службы клапана.
Интересуют его и такие характеристики, как показатели надежности, наработка на отказ, герметичность в закрытом положении, коррозионная стойкость.
Из технических паспортов регулирующих клапанов можно узнать допустимые значения температуры и влажности окружающей среды, монтажное положение, тип привода, необходимый крутящий момент для управления клапаном, диапазон регулирования, время срабатывания и ряд других показателей, характеризующих их применяемость в конкретных эксплуатационных условиях.
Регулирующие клапаны по совокупности своих возможностей и масштабам использования с полным основанием заслужили право считаться ключевыми компонентами экономической эффективности и безопасности установок, в которых они установлены.
Магистральные направления развития регулирующих клапанов ─ увеличение надежности, уменьшение энергоемкости, повышение точности регулирования, рост диапазона значений объемного расхода среды и перепада давления, увеличение быстродействия, еще большая коррозионная стойкость. И при этом конструкции клапанов должны быть надежными и простыми, не требующими технического обслуживания в межремонтный период.
Значительная часть этого пути пройдена. Уже сегодня в ассортименте производителей и поставщиков трубопроводной арматуры широко представлены регулирующие клапаны чрезвычайно высокого технического уровня, способные удовлетворить запросы самых требовательных потребителей.
