Регулирующие, запорные и запорно-регулирующие клапаны

Назначение и конструктивные особенности.

   Регулирующие клапаны предназначены для управления жидкими и газообразными потоками нефти, нефтепродуктов, газа, пара, воды и других сред, перекачиваемых по трубопроводам. Несмотря на то, что конструкции клапанов довольно разнообразны, все их можно разделить на три типа: регулирующие, запорные и запорно-регулирующие. Клапаны первого типа предназначены для непрерывного изменения расхода регулируемой среды от самого маленького (клапан полностью закрыт) до самого большого (клапан полностью открыт). Если клапан осуществляет только дискретное регулирование (открыт / закрыт), то такой клапан принято называть запорным. При этом, если перемещение из одного состояния в другое осуществляется быстро (меньше 2 сек.), такой запорный клапан называют еще отсечным.

  Как у регулирующих, так и у запорных клапанов возможны небольшие протечки регулируемой среды при закрытом положении клапана. Величины этих протечек регламентируются соответствующими стандартами. При этом, протечки у запорных клапанов значительно меньше, чем у регулирующих. Если протечки у регулирующего клапана удается снизить до уровня допустимых протечек запорного клапана, то такой клапан называют запорно-регулирующим.

   Все клапаны построены по модульному принципу и содержат три основных модуля:

• корпус
• дроссельный узел
• привод клапана.

   Корпус клапана (проходной или угловой) выполняется из углеродистой, хладостойкой или коррозионностойкой стали. Стандартное соединение с трубопроводом фланцевое. Возможно иное исполнение присоединительных мест (под приварку или муфтовое).

   Клапан может быть с пневматическим, ручным или электрическим приводом. Пневматический привод можно комплектовать ручными дублерами (верхним или боковым) и дополнительными приборами (фильтром-редуктором, электропневмоклапаном, концевыми выключателями, позиционерами). Все пневмоприводы имеют возвратные пружины, позволяющие автоматически закрыть (или открыть) клапан при отключении давления питания.

   Таким образом, клапаны с корпусами одного вида могут принципиально отличаться друг от друга только конструкцией дроссельного узла.

   Конечно, для практики важны все элементы клапанов, но только дроссельные узлы чаще всего являются камнем преткновения ремонтных служб на всех заводах: то в них возникает вибрация, то они не закрываются, то их заклинивает или разъедает эррозия и абразив. А всех этих бед можно избежать за счет правильного подбора конструкции дроссельного узла, его параметров и материалов.

   Универсальных решений на все случаи жизни сегодня нет. Однако из известных подходов к конструкциям дроссельных узлов, наиболее перспективной, на наш взгляд, является идея выполнения дроссельного узла в виде отдельного блока, который вставляется в корпус клапана (1) на прокладках (2; 3; 4) и фиксируется крышкой (5) корпуса. Такая конструкция дроссельного узла часто называется клеточной или клетковой, т.к. основным ее элементом является перфорированная втулка (6), в которой перемещается подвижный элемент дроссельного узла – плунжер (7). Перемещение плунжера осуществляется при помощи штока (8) клапана, который выведен наружу через подпружиненные V-образные фторопластовые кольца (9) в крышке корпуса клапана и соединяется с каким-либо исполнительным механизмом (пневматическим, ручным, электрическим и т.д.).

   Втулки изготавливаются из коррозионностойких сталей аустенитного иили аустенитноферритного классов. Для повышения стойкости поверхности втулок к задирам и разрушению от кавитации их внутренняя поверхность может наплавляться различными стеллитами. В ряде случаев втулки изготавливаются из дисперсионнотвердеющих сплавов, которые сами обладают повышенной твердостью и, как следствие, повышенной износостойкостью и сопротивляемостью задирам. Плунжера и седла дроссельного узла также изготавливаются из коррозионностойких сталей и их поверхности наплавляются стеллитом.

   Для клапанов с малыми проходами и рассчитанными на большие перепады давления, возможно изготовление седла и плунжера целиком из стеллита.

   Изменяя форму и размеры втулки, диаметр седла клапана, вид и форму плунжера, а также конструкцию опоры, центрирующую плунжер при его поступательном движении, можно получить большое разнообразие конструкций дроссельных узлов.

   При этом постоянно присутствующая в конструкции перфорированная втулка не сужает конструктивных возможностей, т.к. она только «организует» фиксацию седла, дает дополнительную опору плунжеру, может служить делителем потока и т.д. , а весь дроссельный узел всегда остается отдельным блоком. Это очень важно, т.к. такая конструкция обладает целым рядом достоинств :

• возможность снятия дроссельного узла для ремонта или замены без снятия всего клапана с трубопровода
• возможность прецизионной сборки дроссельного узла в целом при его изготовлении или восстановительном ремонте
• возможность изготовления дроссельного узла из более коррозионно- и эррозионно-стойких материалов, чем корпус клапана
• возможность использовать с одним корпусом различные по конструкции дроссельные узлы, ориентированные на применение в конкретных условиях и с конкретными средами.

  Применяются более 10 конструктивных вариантов втулок и около 20 конструкций плунжеров. 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. Такой выбор осуществляется на основе данных опросных листов.

   В качестве примеров, приведены наиболее различающиеся конструктивные решения дроссельных узлов с уплотнением в затворе «металл-металл». При этом все они выполнены в едином моноблоке клеткового типа.

 

Регулирующий клапан с клетковым дроссельным узлом

 

   На рис. представлен, можно сказать, классический тип выполнения такого дроссельного узла. Перфорация клетки – количество отверстий, их расположение и форма, определяют величину пропускной способности клапана и его характеристику регулирования – линейную или равнопроцентную. Разгруженный по давлению плунжер имеет дополнительную уплотняющую поверхность в своей верхней части, т.е. в целом дроссельный узел двухседельный, но в отличии от обычных двухседельных клапанов здесь седла не равнозначны. Нижняя кромка плунжера запирает основное седло, а верхнее седло служит только для уменьшения суммарных протечек клапана в закрытом состоянии. Такая конструкция дроссельного узла применяется только для регулирующих клапанов (тип РК) и стабильно обеспечивает протечки в закрытом состоянии менее 10-3·Kvy. Для клапанов малых Dу возможно обеспечение не более 10-4·Kvy протечек.

 

Дроссельный узел с радиальным уплотнительным кольцом

 

 

   В конструкции, представленной на рис., верхнее седло на плунжере заменено уплотнительным кольцом из эластомерного или графитоподобного материала в зависимости от температуры рабочей среды. С эластомерным уплотнительным кольцом такие дроссельные узлы обеспечивают протечки (10-4 ? 10-5)·Kvy, в зависимости от тщательности исполнения и размера клапана. Применяется на клапанах типа ЗК и ЗРК (на рис. 2 изображена клетка для клапана типа ЗРК).

 

Дроссельный узел с профилированным плунжером

   На рис. представлен клетковый дроссельный узел с профилированным плунжером «пробкового типа», предназначенный для работы с загрязненными средами. Как видно из рисунка клетка максимально раскрыта, плунжер не разгружен по давлению и имеет дополнительную опору внутри клетки. Клапаны с такими дроссельными узлами обеспечивают протечки 10-5·Kvy и могут работать как при низких, так и при высоких температурах. В связи с тем, что плунжер не разгружен, применение таких дроссельных узлов ограниченно усилиями, развиваемыми приводами. Как правило, это клапаны с небольшими Dу (до 80) и на небольшой перепад давления. Используются в клапанах типа ЗК и ЗРК.

 

Пилотный дроссельный узел

   На рис. представлена конструкция «пилотного» дроссельного узла. Плунжер, разгруженный по давлению, снабжен пилотным клапаном, который отсекает камеру разгрузки при закрытом клапане. Поскольку плунжер пилотного клапана и основной плунжер механически развязаны, то для таких дроссельных узлов обеспечиваются протечки в закрытом состоянии 10-5·Kvy (также как и в неразгруженном дроссельном узле на рис. 3). К недостаткам пилотных дроссельных узлов следует отнести то, что эта конструкция допускает одностороннюю подачу среды – только на плунжер, и то, что дроссельный узел начинает стабильно работать только с 3% хода плунжера. Такие дроссельные узлы успешно работают как при низких, так и при высоких температурах. Применяются в клапанах типа ЗК и ЗРК.

Многоступенчатый дроссельный узел

 

   На рис. представлена конструкция многоступенчатого дроссельного узла, работающего при больших перепадах давления на клапане. По сравнению с одноступенчатым дроссельным узлом данная конструкция позволяет существенно уменьшить эррозионный износ деталей дроссельного узла. Может работать как при низких, так и при высоких температурах. Применяется на клапанах типа РК и ЗРК.

 

 

Основные технические характеристики клапанов представлены в таблице 1.

 

 

 

вернуться