1. Ключевые моменты выбора клапана

1.1 Уточните назначение клапана в оборудовании или устройстве.

Определите условия работы клапана: природу рабочей среды, рабочее давление, рабочую температуру, метод управления работой и т. д.;

1.2 Правильно выберите тип клапана

Правильный выбор типа клапана основан на полном понимании проектировщиком всего производственного процесса и условий эксплуатации. При выборе типа клапана проектировщик должен сначала изучить конструктивные характеристики и рабочие параметры каждого клапана;

1.3 Определите концевое соединение клапана

Среди резьбовых, фланцевых и сварных соединений наиболее распространены первые два. Резьбовые клапаны — это в основном клапаны с номинальным диаметром менее 50 мм. Если диаметр слишком велик, установка и герметизация соединения становятся очень сложными. Фланцевые клапаны удобнее в установке и демонтаже, но они тяжелее и дороже, чем резьбовые, поэтому подходят для соединения труб различного диаметра и давления. Сварные соединения подходят для условий высоких нагрузок и более надежны, чем фланцевые. Однако демонтаж и повторная установка клапанов, соединенных сваркой, затруднены, поэтому их использование ограничено случаями, когда они обычно надежно работают в течение длительного времени, или условиями эксплуатации, требующими суровых условий и высоких температур.

1.4 Выбор материалов для клапанов

Помимо учета физических свойств (температура, давление) и химических свойств (коррозионная активность) рабочей среды, при выборе материалов корпуса клапана, внутренних деталей и уплотнительной поверхности необходимо учитывать чистоту среды (наличие твердых частиц). Кроме того, следует руководствоваться соответствующими нормативными актами государства и ведомства-пользователя. Правильный и рациональный выбор материалов клапана позволяет добиться наиболее экономичного срока службы и наилучших эксплуатационных характеристик. Порядок выбора материалов корпуса клапана следующий: чугун-углеродистая сталь-нержавеющая сталь, а порядок выбора материалов уплотнительного кольца: резина-медь-легированная сталь-F4;

1.5 Другие

Кроме того, необходимо определить расход и уровень давления жидкости, протекающей через клапан, и выбрать подходящий клапан, используя имеющуюся информацию (например, каталоги клапанов, образцы клапанов и т. д.).

2. Введение в распространенные клапаны

Существует множество типов клапанов, и их разновидности весьма разнообразны. Основные типы:задвижкизапорные клапаны, дроссельные клапаны,Поворотные затворыпробковые клапаны, шаровые клапаны, электрические клапаны, мембранные клапаны, обратные клапаны, предохранительные клапаны, редукционные клапаны.пароотводчики и аварийные запорные клапаны,Среди них наиболее часто используются задвижки, запорные клапаны, дроссельные клапаны, пробковые клапаны, поворотные затворы, шаровые клапаны, обратные клапаны и мембранные клапаны.

2.1 Задвижка

Задвижка — это клапан, открывающийся и закрывающийся корпус (клапанная пластина) которого приводится в движение штоком клапана и перемещается вверх и вниз вдоль уплотнительной поверхности седла клапана, что позволяет перекрывать или закрывать поток жидкости. По сравнению с запорным клапаном, задвижка обладает лучшими герметизирующими свойствами, меньшим сопротивлением жидкости, меньшим усилием при открывании и закрывании, а также имеет определенные возможности регулировки. Это один из наиболее часто используемых запорных клапанов. Недостатками являются большие размеры, более сложная конструкция, чем у запорного клапана, легкий износ уплотнительной поверхности и сложность обслуживания. Она, как правило, не подходит для регулирования потока. В зависимости от положения резьбы на штоке задвижки, она делится на два типа: с выдвижным штоком и со скрытым штоком. В зависимости от конструктивных особенностей задвижной пластины, она делится на два типа: клиновидная и параллельная.

2.2 Запорный клапан

Запорный клапан — это клапан с нисходящим закрытием, в котором открывающая и закрывающая части (клапанный диск) приводятся в движение штоком клапана, перемещаясь вверх и вниз вдоль оси седла клапана (уплотнительной поверхности). По сравнению с задвижкой, он обладает хорошими регулировочными характеристиками, но худшими уплотняющими свойствами, простой конструкцией, удобством изготовления и обслуживания, высоким сопротивлением потоку жидкости и низкой ценой. Это широко используемый запорный клапан, обычно применяемый в трубопроводах среднего и малого диаметра.

2.3 Шаровой клапан

Открывающая и закрывающая части шарового клапана представляют собой сферы с круглыми сквозными отверстиями, которые вращаются вместе со штоком клапана, обеспечивая открытие и закрытие клапана. Шаровой клапан имеет простую конструкцию, быстрое переключение, удобство в эксплуатации, малые размеры, легкий вес, небольшое количество деталей, низкое сопротивление жидкости, хорошую герметизацию и простоту обслуживания.

2.4 Дроссельная заслонка

За исключением диска клапана, дроссельная заслонка имеет в основном ту же структуру, что и запорная заслонка. Ее диск клапана является дроссельным элементом, и разные формы имеют разные характеристики. Диаметр седла клапана не должен быть слишком большим, поскольку его высота открытия мала, а расход среды увеличивается, что ускоряет эрозию диска клапана. Дроссельная заслонка имеет небольшие размеры, малый вес и хорошие возможности регулировки, но точность регулировки невысока.

2.5 Запорный клапан

Пробковый клапан использует корпус с отверстием в качестве открывающей и закрывающей части, при этом корпус вращается вместе со штоком клапана для осуществления открытия и закрытия. Пробковый клапан имеет простую конструкцию, быстрое открытие и закрытие, простоту в эксплуатации, малое сопротивление жидкости, небольшое количество деталей и малый вес. Пробковые клапаны выпускаются прямоходового, трехходового и четырехходового типов. Прямоходовые пробковые клапаны используются для перекрытия потока среды, а трехходовые и четырехходовые пробковые клапаны — для изменения направления потока среды или перенаправления его.

2.6 Запорный клапан типа "бабочка"

Запорный клапан типа «бабочка» представляет собой поворотную заслонку, которая вращается на 90° вокруг неподвижной оси в корпусе клапана, выполняя функцию открытия и закрытия. Запорный клапан типа «бабочка» имеет небольшие размеры, малый вес, простую конструкцию и состоит всего из нескольких деталей.

Запорный клапан быстро открывается и закрывается поворотом на 90°, и им легко управлять. Когда поворотный клапан находится в полностью открытом положении, единственным сопротивлением при прохождении среды через корпус клапана является толщина его лопастей. Поэтому перепад давления, создаваемый клапаном, очень мал, что обеспечивает хорошие характеристики регулирования потока. Поворотные клапаны делятся на два типа уплотнений: эластичное мягкое уплотнение и металлическое жесткое уплотнение. В клапанах с эластичным уплотнением уплотнительное кольцо может быть встроено в корпус клапана или прикреплено к периферии лопастей. Оно обладает хорошими герметизирующими свойствами и может использоваться для дросселирования, а также для работы в вакуумных трубопроводах со средними средами и агрессивными средами. Клапаны с металлическими уплотнениями, как правило, имеют более длительный срок службы, чем клапаны с эластичными уплотнениями, но обеспечить полную герметизацию сложно. Обычно они используются в случаях, когда расход и перепад давления сильно изменяются, и требуется хорошее дросселирование. Металлические уплотнения могут адаптироваться к более высоким рабочим температурам, в то время как эластичные уплотнения имеют недостаток, заключающийся в ограничении температурой.

2.7 Обратный клапан

Обратный клапан — это клапан, который автоматически предотвращает обратный поток жидкости. Диск обратного клапана открывается под действием давления жидкости, и жидкость течет со стороны входа на сторону выхода. Когда давление на стороне входа ниже, чем на стороне выхода, диск клапана автоматически закрывается под действием таких факторов, как разница давлений жидкости и собственная сила тяжести, предотвращая обратный поток жидкости. По конструктивной форме они делятся на подъемные и поворотные обратные клапаны. Подъемный обратный клапан обладает лучшей герметизацией, чем поворотный, и большей устойчивостью к воздействию жидкости. Для всасывающего патрубка насоса следует выбрать обратный клапан. Его функция заключается в следующем: заполнение всасывающего патрубка насоса водой перед запуском насоса; поддержание уровня воды в всасывающем патрубке и корпусе насоса после остановки насоса в рамках подготовки к перезапуску. Обратный клапан обычно устанавливается только на вертикальном патрубке на входе насоса, и рабочая среда течет снизу вверх.

2.8 Диафрагменный клапан

Открывающая и закрывающая часть диафрагменного клапана представляет собой резиновую диафрагму, которая находится между корпусом клапана и крышкой клапана.

Выступающая часть диафрагмы закреплена на штоке клапана, а корпус клапана облицован резиной. Поскольку рабочая среда не попадает во внутреннюю полость крышки клапана, шток клапана не нуждается в сальниковом уплотнении. Диафрагменный клапан имеет простую конструкцию, хорошие герметизирующие свойства, простоту обслуживания и низкое сопротивление жидкости. Диафрагменные клапаны делятся на клапаны переливного типа, прямоточного типа, углового типа и постоянного тока.

3. Общие инструкции по выбору клапана

3.1 Инструкции по выбору задвижки

Как правило, в первую очередь следует выбирать задвижки. Помимо пара, масла и других сред, задвижки также подходят для сред, содержащих гранулированные твердые частицы и высокую вязкость, а также для клапанов вентиляции и низковакуумных систем. Для сред с твердыми частицами корпус задвижки должен иметь одно или два продувочных отверстия. Для низкотемпературных сред следует выбирать специальные низкотемпературные задвижки.

3.2 Инструкции по выбору запорного клапана

Запорный клапан подходит для трубопроводов с низкими требованиями к сопротивлению жидкости, то есть с незначительными потерями давления, а также для трубопроводов или устройств, работающих с высокотемпературными и высоконапорными средами. Он подходит для трубопроводов с паром и другими средами диаметром < 200 мм; для небольших клапанов можно использовать запорные клапаны, такие как игольчатые клапаны, клапаны для контрольно-измерительных приборов, клапаны для отбора проб, манометрические клапаны и т. д.; запорные клапаны имеют функцию регулирования расхода или давления, но точность регулирования невысока, а диаметр трубопровода относительно мал, поэтому следует выбирать запорные или дроссельные клапаны; для высокотоксичных сред следует выбирать запорные клапаны с сильфонным уплотнением; однако запорные клапаны не следует использовать для сред с высокой вязкостью и сред, содержащих легко выпадающие в осадок частицы, а также не следует использовать их в качестве вентиляционных клапанов и клапанов для систем с низким вакуумом.

3.3 Инструкции по выбору шарового клапана

Шаровые краны подходят для работы с низкотемпературными, высоконапорными и высоковязкими средами. Большинство шаровых кранов могут использоваться в средах с взвешенными твердыми частицами, а также в порошкообразных и гранулированных средах в зависимости от требований к материалу уплотнения; полноканальные шаровые краны не подходят для регулирования потока, но подходят для случаев, требующих быстрого открытия и закрытия, что удобно для аварийного перекрытия; шаровые краны обычно рекомендуются для трубопроводов со строгими требованиями к герметизации, износу, усадке каналов, быстрому открытию и закрытию, перекрытию под высоким давлением (большая разница давлений), низкому уровню шума, явлению газификации, малому крутящему моменту и малому сопротивлению жидкости; шаровые краны подходят для легких конструкций, перекрытия под низким давлением и коррозионных сред; шаровые краны также являются наиболее идеальными клапанами для низкотемпературных и глубокохолодных сред. Для трубопроводных систем и устройств для низкотемпературных сред следует выбирать низкотемпературные шаровые краны с крышками; при использовании плавающих шаровых кранов материал седла клапана должен выдерживать нагрузку шара и рабочей среды. Шаровые краны большого диаметра требуют большего усилия при работе, и для них следует использовать червячную передачу; неподвижные шаровые краны подходят для случаев с большими диаметрами и более высоким давлением; кроме того, шаровые краны, используемые для трубопроводов с высокотоксичными технологическими материалами и легковоспламеняющимися средами, должны иметь огнестойкую и антистатическую конструкцию.

3.4 Инструкция по выбору дроссельной заслонки

Дроссельные клапаны подходят для работы в условиях низких температур и высокого давления, а также для деталей, требующих регулирования расхода и давления. Они не подходят для сред с высокой вязкостью и содержащими твердые частицы, а также не предназначены для запорных клапанов.

3.5 Инструкция по выбору пробкового клапана

Пробковые задвижки подходят для случаев, когда требуется быстрое открытие и закрытие. Как правило, они не подходят для пара и высокотемпературных сред. Они используются для сред с низкой температурой и высокой вязкостью, а также для сред с взвешенными частицами.

3.6 Инструкция по выбору поворотного затвора

Запорные вентили типа «бабочка» подходят для случаев с большими диаметрами (например, DN₆≥600 мм) и короткими конструктивными требованиями к длине, а также для случаев, требующих регулирования потока и быстрого открытия и закрытия. Обычно они используются для таких сред, как вода, масло и сжатый воздух, при температуре ≤80℃ и давлении ≤1,0 МПа; поскольку запорные вентили типа «бабочка» имеют относительно большие потери давления по сравнению с задвижками и шаровыми клапанами, они подходят для трубопроводных систем с низкими требованиями к потерям давления.

3.7 Инструкция по выбору обратного клапана

Обратные клапаны, как правило, подходят для чистых сред и не подходят для сред, содержащих твердые частицы и высокую вязкость. При диаметре DN≤40 мм рекомендуется использовать подъемный обратный клапан (допускается установка только на горизонтальных трубах); при диаметре DN＝50～400 мм рекомендуется использовать поворотный подъемный обратный клапан (может устанавливаться как на горизонтальных, так и на вертикальных трубах. При установке на вертикальной трубе направление потока среды должно быть снизу вверх); при диаметре DN≥450 мм рекомендуется использовать буферный обратный клапан; при диаметре DN＝100～400 мм также может использоваться дисковый обратный клапан; поворотный обратный клапан может работать при очень высоком рабочем давлении, PN может достигать 42 МПа, и может применяться для любых рабочих сред и любого диапазона рабочих температур в зависимости от материалов корпуса и уплотнений. В качестве рабочей среды могут использоваться вода, пар, газ, агрессивные среды, масло, лекарственные препараты и т. д. Диапазон рабочих температур рабочей среды составляет от -196 до 800℃.

3.8 Инструкции по выбору диафрагменного клапана

Мембранные клапаны подходят для работы с маслом, водой, кислыми средами и средами, содержащими взвешенные частицы, при рабочей температуре менее 200℃ и давлении менее 1,0 МПа, но не для органических растворителей и сильных окислителей. Мембранные клапаны переливного типа подходят для работы с абразивными гранулированными средами. Для выбора мембранных клапанов переливного типа следует использовать таблицу характеристик расхода. Прямоточные мембранные клапаны подходят для работы с вязкими жидкостями, цементными суспензиями и осадочными средами. За исключением особых требований, мембранные клапаны не следует использовать на вакуумных трубопроводах и вакуумном оборудовании.