Анализ существующих конструкций клапанов с поступательным перемещением запорного органа для герметичного перекрытия трубопровода или регулирования потока рабочей среды выделяет наиболее распространенные конструктивные решения с их характерными недостатками при эксплуатации (см. рис. 1, 2, 3).
Большое усилие привода из-за наличия неразгруженного плунжера.
Низкая герметичность относительно внешней среды.
Высокий уровень шума и вибрации.
КЛАПАН ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ ДВУХСЕДЕЛЬНЫЙ
Низкая герметичность относительно внешней среды.
Низкая герметичность затвора в положении «закрыто».
КЛАПАН ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛЕТКОВЫЙ
Низкая герметичность относительно внешней среды.
Низкая герметичность затвора в положении «закрыто».
Ограничение по температурному интервалу рабочей среды.
Склонность к заеданию плунжера при попадании в зазор твердых частиц рабочей среды между парой трения «клетка-плунжер»
На предприятии ООО «НПЦ «АНОД» разработаны и запатентованы два концептуально новых технических решения затворов (модель S, модель W), позволяющие создать новую гамму клапанов запорных, запорно-регулирующих и отсечных с различными конструкциями корпусов.
Данные модели устраняют вышеперечисленные недостатки существующих конструкций и существенно расширяют следующие требования:
- по температурным интервалам рабочих сред;
- по номинальному давлению;
- по герметичности затвора;
- по герметичности относительно внешней среды;
- по уменьшению мощности приводов и их весовых характеристик;
- по увеличению диаметров проходных сечений клапанов высоких энергетических параметров рабочей среды;
- по повышению цикличности.
В корпусе клапана герметично установлено седло с уплотнительной поверхностью, поджатое к корпусу тримом (клеткой) через резьбовое соединение.
Предусмотренное сальниковое уплотнение по штоку используется как аварийно-страховочное и в процессе эксплуатации не работает, т.е. внутренняя полость сильфонов сообщена с внешней средой.
Давление рабочей среды, подаваемое на затвор при регулировании клапана, проходит в полость А и В. Плунжер полностью разгружен.
В закрытом положении уплотнительная поверхность плунжера соприкасается с уплотнительной поверхностью седла и герметично отсекает поток рабочей среды.
Затвор конструктивно выполнен так, что средний диаметр уплотнительной поверхности седла (Dср.упл.) больше, чем средний диаметр сильфона (Dср.сил.). Поэтому, кроме усилия привода, действующего через шток, при закрытии на плунжер действует дополнительно усилие, равное:
где ∆Р – перепад давления между входным и выходным патрубками клапана.
На рис. 6 представлен клапан запорно-регулирующий с затвором модели S со всеми его отличительными характеристиками.
Высокая герметичность (класс А по ГОСТ 9544-93) затвора в положении «закрыто».
Небольшое усилие привода за счет наличия разгруженного плунжера.
Использование в широком температурном интервале (-260…+600°С) рабочей среды.
Низкий уровень шума и вибрации.
Быстрота срабатывания запорного клапана (возможность использования в качестве отсечного).
Надежность и снижение затрат на обслуживание.
Несмотря на все преимущества затвора модели S, широкое использование его при проектировании клапанов существенно уменьшается вследствие ограниченного ряда типоразмеров сильфонов по ГОСТ 21744-83.
Разгруженный плунжерный затвор модели W (см рис. 7) состоит из плунжера с уплотнительной поверхностью, шарнирно соединенного через шток с приводом. Верхняя часть плунжера герметично соединена с верхней концевой деталью сварного сильфона со складывающейся формой гофр, а нижняя концевая деталь сильфона герметично установлена между корпусом клапана и фонарем.
Плунжер направляется в корпусе тримом и в конце своего хода перекрывает поток рабочей среды, поджимаясь к уплотнительной поверхности седла.
Сильфон плунжера образует две автономных полости А и В. Полость А постоянно сообщена с полостью высокого давления рабочей среды, а полость В сообщена с полостью рабочей среды через каналы, выполненные в нижней концевой детали, и байпасную линию с клапаном малого проходного сечения.
Особенность этой конструкции заключается в том, что при регулировании потока давление в полостях А и В всегда одинаково. Металлический сильфон выдерживает многомиллионную цикличность с обеспечением необходимого хода затвора. В закрытом положении сильфон почти полностью сжимается и превращается в жесткую втулку.
Средний диаметр сильфона конструктивно больше среднего диаметра уплотнительных поверхностей затвора. Поэтому, если требуется создать необходимое усилие для герметизации затвора, достаточно перекрыть клапан байпасного соединения. При этом рабочая среда из полости В выходит в выходной патрубок клапана, тем самым нагружая соответствующим усилием уплотнение. Сильфон в почти сжатом состоянии способен воспринимать очень высокое наружное давление.
При открытии клапана байпасной линии давление в полости В становится равным рабочему давлению; далее затвор работает в разгруженном режиме.
Затвор модели W позволяет создать оригинальные клапаны с различными конструктивными типами корпусов, которые представлены на рис. 8, 9, 10, 11, 12.
КЛАПАН ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ С ЗАТВОРОМ МОДЕЛИ W
Небольшое усилие привода (МИМ, ЭИМ и др.) за счет наличия разгруженного плунжера.
Низкий уровень шума и вибрации.
Использование на больших диаметрах прохода, при высоком рабочем давлении среды, в широком температурном интервале (-260… +600°С).
Быстрота срабатывания запорного клапана (возможность использования в качестве отсечного).
КЛАПАН ОСЕВОГО ПОТОКА С ЛИНЕЙНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
Применяется в трубопроводах, где рабочими средами являются газ или жидкость, в том числе токсичные и взрывоопасные.
Практически возможно выполнить любую арматуру (больших и малых DN, с высокими энергетическими параметрами рабочей среды), используя модели затворов S и W.
Материал статьи взят с сайта ООО НПЦ «АНОД» ― www.anod.ru
Опубликовано в "Вестнике арматурщика" № 6 (26) 2015
