Зворотний клапан

Типові зворотні затвори.

Зворотний клапан - вид захисної трубопровідної арматури , призначений для недопущення зміни напрямку потоку середовища в технологічній системі . Зворотні клапани пропускають середовище в одному напрямку і запобігають його руху у протилежному, діючи при цьому автоматично і будучи арматурою прямої дії (поряд з запобіжними клапанами і регуляторами тиску прямої дії ). За допомогою зворотногї арматури захищається різне обладнання:трубопроводи, насоси і посудини під тиском , а також можливе істотне обмеження протікання робочого середовища з системи при руйнуванні її ділянки.

Важливість функції цих пристроїв полягає в тому , що вони виконують своє завдання як в режимі нормальної експлуатації, наприклад у разі об'єднання напірних ліній декількох насосів в одну, на кожній з них встановлюється один або кілька зворотних клапанів для захисту від тиску працюючого насоса інших, так і в аварійних ситуаціях, наприклад при аварійному падінні тиску на одній з ділянок трубопроводу (на суміжних тиск зберігається), що може призвести до утворення зворотного струму середовища, недопустимого для нормальної роботи системи і небезпечного для її устаткування.

Основними видами зворотних клапанів є власне зворотні клапани і зворотні затвори, головне їх відмінність - в конструкції затвора (елемент перекриває потік середовища, сідаючи в сідло), у першому він виконується у вигляді золотника, у другому - у вигляді круглого диска, який часто іменують заслінки.

Принцип дії

Пристрій зворотного (підйомного) клапана. Золотник виділений червоним

При відсутності потоку середовища через арматуру золотник у зворотному клапані або заслінки у зворотному затворі під дією власної ваги або додаткових пристроїв (наприклад пружини) знаходяться в положенні «Закритий », тобто затвор знаходиться в сідлі корпусу. При виникненні потоку затвор під дією його енергії відкриває прохід через сідло. Ясно , що для того , щоб потік середовища змінив свій напрямок на протилежний він повинен зупинитися. У цей момент швидкість потоку стає нульовою, затвор повертається у вихідне закрите положення , а тиск із зворотного боку притискає золотник або заслінки , перешкоджаючи виникненню зворотного потоку середовища. Таким чином, спрацьовування зворотної арматури відбувається під дією самого середовища і є повністю автоматичним.

Конструктивні типи

Зворотний клапан

Стальний зворотний клапан.

Зворотні клапани до 1982 а в Росії називалися підйомними клапанами . У 1982 році вступив силу ГОСТ 24856-81 , що встановив нові терміни і визначення в галузі трубопровідної арматури. Затвором у них служить золотник, який переміщається зворотно-поступально по напряму потоку середовища через сідло.

За конструкцією і технологіями виготовлення зворотні клапани простіші, ніж інші типи, при цьому дозволяють забезпечити надійну герметичність , але такі пристрої більш чутливі до забруднених середовищ, при впливі яких можливе заїдання клапана.

У зворотних клапанах вісь проходу в сідлі корпусу і, відповідно, вісь підйому золотника розташовані як правило перпендикулярно до осі трубопроводу. Корпус зворотного клапана практично аналогічний корпусу запірного клапана, але кришки і золотники зворотних і запірних клапанів істотно відрізняються. Золотник зворотного клапана має хвостовик , який переміщається по направляючій в кришці клапана. Найчастіше посадка золотника на сідло відбувається під дією власної ваги, що вимагає установки зворотних клапанів тільки на горизонтальних ділянках трубопроводів. Щоб забезпечити посадку золотника на сідло при установці клапана на вертикальних або похилих ділянках використовують пружину в якості додаткового притискаючого елемента.

Є конструкції зворотних клапанів спеціально для вертикальних трубопроводів, наприклад:

Кульовий зворотний клапан.

Кульові зворотні клапани

Затвором у них служить кульовий елемент, а притискним елементом - пружина. Такі зворотні клапани зазвичай застосовуються на малих діаметрах трубопроводів, в основному в сантехніці.

Приймальні зворотні клапани

Такі пристрої встановлюються на кінці вертикального всмоктувального трубопроводу перед насосом. Вони мають сітку, що охороняє насос від попадання в нього з середовищем твердих частинок або сторонніх предметів. Такі клапани виготовляються з діаметрами до 200 мм. На малюнку ліворуч зображена приймальня сітка таких пристроїв.

Зворотний затвор

Стальний зворотний затвор.

Пристрій зворотного затвору(поворотного зворотного клапана).

Вид на заслінку зсередини

7-метровий зворотний затвор в надзвуковій аеродинимічній трубі NASA

Раніше ці пристрої називалися поворотними зворотними клапанами . На відміну від більшості видів зворотних клапанів , в зворотних затворах вісь сідла збігається з напрямком потоку середовища через затвор. Сідло при відсутності потоку через нього перекривається заслінкою ( на рис. Праворуч виділена червоним кольором , на рис. Ліворуч вид на заслінку зсередини), яка закріплена на осі, розташованої вище осі проходу. Під дією середовища заслінка повертається на деякий кут, відкриваючи їй прохід, при зупинці потоку заслінка під власною вагою падає на сідло. У затворах з великими діаметрами при цьому відбувається удар заслінки об сідло , що з часом може призвести до виходу затвору з ладу і з'являється можливість гідроудару в системі при спрацьовуванні пристрою. У зв'язку з цим зворотні затвори діляться на:

Прості

Затвори з діаметрами до 400 мм, в яких ударні явища не надають серйозного впливу на роботу затвора і систему, в якій він встановлений.

Безударні

Затвори зі спеціальними пристроями , які роблять посадку заслінки на сідло більш плавною і м'якою. В якості таких пристроїв застосовуються гідравлічні демпфери і вантажі, що встановлюються на заслінки безпосередньо, або за допомогою важеля. Істотний мінус ненаголошених конструкцій полягає в неможливості їх установки на будь-яких ділянках трубопроводу, крім горизонтальних. В цілому зворотні затвори мають ряд переваг перед зворотними клапанами, серед яких менша чутливість до забруднених середовищ і можливість забезпечення працездатності затворів для досить великих діаметрів трубопроводів, наприклад таких як гігантський зворотний затвор на малюнку, що використовується NASA в повітряних системах.

Пристрій пружинного дискового зворотного клапана.

Пристрій двостулкового зворотного клапана.

Міжфланцеві зворотні клапани

Міжфланцевий пружинний дисковий зворотний клапан.

Двостулковий міжфланцьовий зворотний клапан.

Незворотно-керований зворотний затвор (поки без приводу).

Зняття статичних зарядів.

Більш компактні технічні рішення для зменшення будівельної довжини і витрат на монтаж використовуються в міжфланцевих пружинних дискових і двостулкових зворотних клапанах. Основна їх відмінність від стандартних зворотних клапанів ( затворів ) - відсутність фланців для з'єднання з трубопроводами. Тобто конструктивні особливості клапана дозволяють обійтися без збільшення розмірів і маси устаткування відповідних фланців. При цьому вага міжфланцевого зворотного клапана може бути в 5 разів менша, а будівельна довжина - може в 6-8 разів менша ніж в аналогічних конструкціях з використанням звичайних зворотних клапанів або затворів.Клапани, що мають робочі елементи по розмірах рухомого потоку, вмонтовуються у фланцевих розривах трубопроводів з використанням відповідних для перекачуваного матеріалу прокладок. Принциповим також є можливість установки подібних клапанів не лише на горизонтальних, але і вертикальних ділянках трубопроводів. Міжфланцеві пружинні дискові зворотні клапани можуть оснащуватися спеціальними різьбовими отворами для зняття статичного заряду. Подібна модифікація використовується на вибухонебезпечних хімічних виробництвах.

Міжфланцеві пружинні дискові зворотні клапани

Принцип дії міжфланцевих пружинних дискових зворотних клапанів аналогічний приципу дії кульових зворотних клапанів. Але за рахунок використання в якості затвора диска (пластини) замість кулі досягаються переваги у вазі і будівельній довжині конструкції. З цієї ж причини діапазон розмірів міжфланцевих пружинних дискових зворотних клапанів більше і складає 15 ÷ 200 мм. Міжфланцеві пружинні дискові зворотні клапани можуть встановлюватися і в стандартному горизонтальному виконанні, а також - вертикально.

Міжфланцеві двостулкові зворотні клапани

Діапазон розмірів міжфланцевих двостулкових зворотних клапанів ще ширше, ніж у міжфланцевих пружинних дискових зворотних клапанів - від 50 до 700 мм. У складних і великих системах при зупинках насосів або в результаті яких-небудь аварійних ситуацій можуть виникати гідроудари, які можуть завдати істотної шкоди всій системі. У таких випадках рекомендується використовувати клапани з амортизаторами для демпфування гідроударів. Актуально також виконання клапанів зі спеціальним антикорозійним футеруванням:

• Виконання з пластиковим футеруванням: для питної води і морської води
• Виконання з гумовим футеруванням: для морської води, каналізації, суднобудування

Інші конструкції

У всіх описаних вище випадках зворотна арматура пропускає середовище в одному напрямку і запобігає його руху у протилежному, діючи при цьому автоматично і будучи арматурою прямої дії, але існують також конструкції, в яких поєднані функції зворотної та запірної арматури.

Незворотно-запірні - це зворотні клапани і затвори, які можливо примусово закрити за допомогою ручного або механічного пристрою ( пневмо-, гідро- або електроприводу).

У незворотно-керованих можливо не тільки примусове закриття, а й відкриття затвора.

Умовні позначення на принципових схемах

• 

  Умовне позначення

• 

  Умовне позначення у P&IDs

Матеріали

Корпусні деталі виготовляються зворотних клапанів із:

• латуні;
• бронзи;
• титану (хімічний елемент);
• високотемпературних феритних сталей;
• неметалічних матеріалів;
• чавун;
• сталей (в тому числі аустенітних, легованих і нержавіючих);
• коррозійнностійких і жароміцних сплавів і т.п.

Необхідна герметичність затвору на сідлі зворотного клапана забезпечується спеціальними поверхнями ущільнювачів, які виготовляються з:

• гуми;
• пластмаси;
• без кілець;
• з наплавленням з корозійностійкої сталі або твердого сплаву.

Виробники

• «Натур-Енерго ПЛЮС», Україна;
• «Гідротек», Україна;
• «Гідропневмосистеми», Україна;
• «Idrosanitaria Tecnica Italiana Ko s.r.l», Італія та інші.

Примітки

1. Поговорим об арматуре. Р. Ф. Усватов-Усыскин — М.: Vitex, 2005.
2. Трубопроводная арматура. Справочное пособие. Д. Ф. Гуревич — Л.: Машиностроение, 1981.
3. 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.