Клапан регулятор тиску

Сучасні клапани регулятори тиску

Клапан регулятор тиску (гідроклапан тиску) - вид регулюючої гідроапарутури, призначений для ручного або автоматичного керування технологічними процесами виробництв з метою безперервного регулювання, підтримування на заданому рівні або обмеження тиску робочого середовища в гідросистемах, а також для роботи в якості запірного елементу на трубопроводах. Виконання поставлених задач можливе завдяки автоматичній або ручній зміні степеня відкритості дроселюючого органа регулятора, внаслідок чого автоматично змінюється гідравлічний супротив потоку робочої рідини.

Клапани тиску застосовуються на тепло-енерго централях (ТЕЦ), на індивідуальних (ІТП) і центральних (ЦТП) теплових пунктах в системах опалення та гарячого водозабезпечення, вентиляції тепличних господарств та системах кондиціювання повітря, а також на технологічних лініях хімічної, нафтохімічної, харчової та інших галузях промисловості.

Залежно від виконуваних функцій регулятори тиску поділяються на напірні(запобіжні та переливні), редукційні і клапани різниці та співвідношення тисків, а за конструкцією (розміщення контрольованої точки в гідросистемі) - на клапани прямої і непрямої дії.

Принцип роботи

Клапан регулювання тиску прямої дії

Автоматичний регулятор тиску складається із виконавчого механізму та регулювального органа. Основним елементом виконавчого механізму являється чутливий запірно-регулюючий елемент,зрівноважуваний силами пружини тиску та рідини. Виконавчий механізм перетворює командний сигнал у регулюючу дію за рахунок енергії робочого середовища (це можу бути енергія рідини чи газу, що проходять через регулятор, або енергія зовнішнього джерела - електрична, стиснутого повітря, гідравлічна).

Гідроклапан прямої дії

Клапан регулятор тиску, в якому сила тиску, що діє на чутливий запірно-регулюючий елемент врівноважується безпосередньо зусиллям регульованої пружини.Такий варіант виконання гідроклапана відзначається конструктивною простотою, але потребує використання жорсткої потужної пружини, що при збільшенні номінального тиску зумовлює значні габарити клапана і втрату ним чутливості до зміни тиску.

Гідроклапани тиску прямої дії Г54-3

• Гідроклапани тиску прямої дії Г54-3
• 

  Конструкція

• 

  Графічне позначення на схемі

Використовуються в гідросистемах в ролі напірних та запобіжних, а також як клапани різниці тисків, послідовного включення і блокування тиску. Вони випускаються в двох конструктивних модифікаціях (по способу монтажу): з різьбовим приєднанням трубопроводів та з притичною установкою на платі, в якій виконано комунікаційні канали. Клапани виготовляються з умовними проходами 10,20 та 30 мм, розрахованими на номінальні витрати рідини 32,125 і 200 л/хв відповідно. Номінальні тиски настройки: 1; 2; 5; 6,3; 10 та 20 МПа. Гідроклапан Г54-3 складається із корпуса 1, у розточці якого розміщений золотник 2. На золотник в осьовому напрямі діє пружина 3, зусилля якої регулюються гвинтом 5, вгвинченим в кришку 4. У корпусі виконані канали підводу Р та відводу А робочої рідини і канали керування а,б,в і г з різьбами під заглушки 6 і 7, перестановкою яких можна змінювати функції апарату. При підключенні клапана по основній схемі робоча рідина з каналу підводу Р через канал в,ж і демпферний отвір д підводиться під нижній торець золотника 2. Сила тиску рідини на торець золотника 2 врівноважується зусиллям пружини 3. Якщо сила тиску перевищує зусилля пружини, золотник піднімається вгору і з'єднує підвод Р з відводом А. Оскільки порожнина е під кришкою 4 через канал б з'єднана з відводом, різниця тисків в каналах Р і А визначається тільки відрегульованим зусиллям пружини і підтримується постійною. Гідроклапани притичного виконання відрізняються конструкцією корпусу. Він має притичну площину, на яку виведено канали підводу, відводу і дистанційного керування. При монтажі клапан встановлюється на комутаційну плату, до якої підключені відповідні трубопроводи. В місці стисків канали клапана ущільнюються гумовими кільцями.

Клапан регулювання тиску непрямої дії

Гідроклапан непрямої дії

Регулятор тиску, конструкційно являє собою сукупність двох клапанів - основного з нерегульованою пружиною малої жорсткості і малогабаритного допоміжного клапана з регульованою величиною.Використовуються в системах з потужними потоками робочої рідини при необхідності підтримувати стабільний рівень робочого тиску. Вагомою перевагою являється невеликий за розміром допоміжний клапан, що керує переміщенням основного переливного золотника.

Гідроклапани тиску непрямої дії

• Гідроклапани тиску непрямої дії
• 

  З різьбовим з'єднанням

• 

  Притичного виконання

Клапани тиску непрямої дії аналогічно до клапанів прямої, випускаються в двох варіантах - з різьбовим з'єднанням трубопроводів та притичним монтажем. Відмінності полягають лише у виконанні корпусної деталі. У корпусі 7 кожного з клапанів розміщено основний золотник 8 з нерегульованою пружиною 10, а на притичній площині корпусу встановлено допоміжний клапан 4 з запірним елементом2, навантаженим зусиллям пружини 3, яке регулюється гвинтом 5.У корпусі виконані канали підводу Р та відводу Т і комунікаційні канали 1, 9, 11 та 12. Гідроклапан притичного виконання, крім того, обладнано додатковим розподільником 13 з електрокеруванням для розвантаження гідросистеми.

Гідроклапан встановлюється на напірній лінії гідросистеми або в її відгалуженні зразу після насоса. Потрібний в напірній лінії тиск встановлюється регулюванням пружини 3 допоміжного клапана4.

Види гідроклапанів тиску

• Запобіжний клапан
• 

  Загальний вид

• 

  Конструкція

• 

  Умовне позначення клапана прямої дії

• 

  Умовне позначення клапана непрямої дії

• 

  Розрахункові схеми запобіжних клапанів

Запобіжний клапан

Запобіжний клапан захищає гідросистему або її окремі ланки від підвищення тиску робочої рідини зверх встановленого рівня, який задається настройкою зусилля пружини, діючої на запірно-регулюючий елемент. Обмеження тиску досягається шляхом відводу в зливну лінію частини або всієї стискуваної рідини через запобіжний клапан, запірно-регулюючий елемент якого відкривається під дією тиску, коли він досягає встановленої настройкою величини. заданий тиск повинен бути дещо вищим від тиску при нормальній роботі гідросистемі водночас безпечним для неї.При правильній настройці запобіжний клапан під час роботи гідросистеми закритий і спрацьовує періодично при різких змінах витрати робочої рідини або при перевантаженні робочих органів. Запобіжні клапани по конструкції запірно-регулюючого елемента поділяються на:

• шарікові;
• тарілчасті;
• конусні;
• плунжерні.

Будова запобіжного клапана: 1 - гвинт; 2 - пружина; 3 - золотник; 4 - корпус. У корпусі містяться 2 канали, один з яких з'єднаний з джерелом живлення, а інший - із зливною лінією.

Витрати рідини через клапан розраховуються за формулою:

[math]Q_k = \mu f \sqrt{\Large{\frac{2 }{\rho} \cdot \left(p_\kappa - p_\zeta \right) } }[/math]

де [math]p_\kappa \[/math]- тиск джерела живлення;

[math]p_\zeta \[/math] - тиск у зливній лінії;

[math]\mathit{f }[/math] - площа робочого вікна клапана, яка залежить від величини тиску, що діє на перекриваючий елемент;

[math]\mu \[/math] - коефіцієнт витрати (для шарікових і конусних клапанів рівне 0,6..0,65 відповідно);

[math]\rho \[/math] - густина рідини;

В момент відкриття клапана, сила інерції [math]\Large{\left [ \mathit{m} \cdot \frac{d^2 x }{d t^2 } \right ]}[/math] рівна нулю, і можна вважати (для геометричного клапана), що [math]\mathit{p}_{cp}\ = 0[/math] дорівнюють нулю, а тому тиск, необхідний для відкриття клапана (для всіх типів):

[math]\mathit{p}_{0} \ = \Large{\frac { \mathit{c} \cdot \mathit{x}_0 \ }{ \mathit{f}_{k} \ } } = \Large{\frac {4 \cdot \mathit{c} \cdot \mathit{x}_0 \ }{ p \cdot \mathit{D}_{y}^2 } } \[/math]

де [math]\mathit{c} \[/math]- початкова деформація пружини;

[math]\mathit{x}_0 \[/math] - тиск у зливній лінії;

[math]\mathit{f}_{k} \[/math] - площа поперечного перерізу каналу;

[math]\mathit{D}_{y} \[/math]- умовний діаметр каналу, по якому підводиться робоча рідина;

При досягенні [math]\mathit{p}_0 \[/math], клапан починає відкриватись, долаючи зусилля пружини. Відкриття клапана визначається висотою [math]\mathit{h} \[/math] підняття його перекриваючого елемента над сідлом:

[math]\mathit{h }\ = \Large{\frac { \mathit{Q}_k }{ \mu \cdot \pi \cdot \mathit{d}_{cp } \cdot \sin \alpha \cdot \sqrt{\Large{\frac{\rho \ }{2 \cdot \Delta \mathit{p }_{k } \ } } } }[/math]

де [math]\mathit{d}_{cp} \[/math] - середній діаметр щілини клапана;

[math]\alpha \[/math]- кут нахилу щілини клапана (для шарікового клапана - [math]\alpha \ = 45^o[/math]; конусного -[math]\alpha \ = 45^o ..60^o[/math];

[math]\Delta \mathit{p}_{k} \[/math] - перепад тисків на щілині клапана;

Напірний (переливний) клапан

Конструкція та умовне позначеня

Загальний вид

Напірний (переливний) клапан має призначення підтримувати в гідролінії, до якої він підключений, стабільний, заданий настройкою рівень тиску, відводячи (переливаючи) в бак надлишки робочої рідини, що надходить від насоса або іншого джерела живлення. Як правило, клапан ставиться на вході гідросистеми, що живиться від насоса з постійною подачею робочої рідини. Оскільки подача вибирається з деяким запасом, то в гідросистемі завжди є надлишок рідини, отже. напірний клапан, на відміну від запобіжного, знаходиться постійно в дії і не тільки обмежує тиск, а й підтримує його на постійному рівні.

• Редукційний клапан
• 

  Загальний вид

• 

  Конструкція

• 

  Умовне позначення

Редукційний клапан

Редукційний клапан служить для зниження тиску і використовується в тих випадках, коли в гідросистемі, що живиться від одного насоса, потрібно мати два (або більше) рівні робочого тиску. Високий тиск регулюється напірним клапаном, а більш низький - редукційним. На базі напірних та редукційних клапанів реалізуються й інші варіанти регулювання та обмеження тисків.

Принцип роботи пневмоклапана редукційного базується на автоматичній зміні прохідного перерізу клапана при зміні тиску і витрат на вході (отвір "П") і використовується для підтримки таким чином постійного тиску на виході (отвір "О").При зниженні вихідного тиску у порівнянні з тиском настройки, мембрана під дією навантажувальної пружини прогинається і підтискає дросельний клапан, збільшуючи потік робочої рідини і тим самим його витрати і тиск, відповідно при підвищенні вихідного тиску - дросельний клапан прикривається. Дросельний клапан виконаний розвантаженим по відношенню до тиску на вході. Підклапанна порожнина "Б" ізольована від вхідного отвору та з'єднана через свердління у дросельному клапані з вихідною порожниною. Збалансований дросельний клапан забезпечує високу точність підтримки тиску на виході. При збільшенні тиску на виході вище тиску настройки, мембранний вузол переміщуєтеся вверх, і дросельний клапан закриваєтеся. В результаті надлишковий тиск через свердління у скидному клапані та через отвір "А" в стакані пневмоклапана стравлюється в атмосферу, тиск на виході редукційного пневмоклапана знижується до базової величини.

До складу редукційного клапану входять наступні елементи: корпус 1, стакан 2, дроселюючий клапан 3, пружина 4, мембранний вузол 5 із скидним клапаном 6, навантажувальна пружина 7, гвинт 8 з ручкою 9, трубка 10, потовщення 11, 12.

Витрати робочої рідини через клапан становлять:

[math]Q_k = \mu f \sqrt{\Large{\frac{2 }{\rho} \cdot \left(\Delta \mathit{p} \right) } }[/math]

де [math]\mu \[/math]- коефіцієнт витрати;

[math]\mathit{f }[/math]- площа дроселюючої щілини;

[math]\Delta \mathit{p} \[/math]- перепад тисків на клапані.

Звідси величина редукованого тиску розраховується наступним чином:

[math]\mathit{P}_{p} \ = \Large{\frac { \mathit{c} \cdot \left(x_0 - x \right) - \cdot \mathit{F}_\xi \cdot \mathit{p}_\kappa \ }{ \mathit{F}_\varrho\ - \mathit{F}_\xi\ } }[/math]

де [math]\mathit{F}_\varrho\ = \Large{\frac { \pi \cdot \mathit{D}^2\ }{ 4} }[/math] та [math]\mathit{F}_\xi\ = \Large{\frac { \pi \cdot \mathit{d}^2\ }{ 4} }[/math] - відповідно ефективні площі діафрагми та сідла;

[math]\mathit{p}_\kappa \ \[/math] - тиск живлення;

[math]\chi\[/math] - деформація пружини.

Література

• Гiдроприводи та гiдропневмоавтоматика: Пiдручник /В.О.Федорець, М.Н.Педченко, В.Б.Струтинський та iн. За ред. В.О.Федорця. — К:Вища школа, 1995.- 463 с.
• Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
• Пневмоавтоматика. Библиотека по автоматике, выпуск 46/ Лемберг М. Д.— Госэнергоиздат, 1961.- 112с.

Посилання

http://www.pnevmo-gidro.ru/gidravlika/gidroklapany/predoxranitelnye_klapany.html

http://www.1stanok.ru/pages/pnevmo-65.html

http://3con.ru/main.php?wr=10

http://www.oil-tehno.ru/predpriyatie-%C2%ABgazpromkomplekt%C2%BB/

http://gidravl.narod.ru/regulnap.html

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%BF%D0%B0%D0%BD