Введение в клапаны: что такое клапаны и как они работают?
Что такое клапаны и как они работают?
По своей сути, клапаны — это устройства, которые контролируют, регулируют или направляют поток в системе или процессе.
Они часто имеют ряд характеристик, которые помогают определить их идеальное применение.
Однако, независимо от того, хотите ли вы контролировать поток, обеспечить безопасность в системе, которая перекачивает жидкости, твердые вещества, газы или что-то среднее между ними, скорее всего, вам помогут клапаны из нержавеющей стали.
Клапаны выполняют несколько функций, в том числе:
- Запуск или остановка потока в зависимости от состояния клапана
- Регулирование расхода и давления в системе трубопроводов
- Управление направлением потока в системе трубопроводов
- Регулирование скорости потока в системе трубопроводов
- Повышение безопасности за счет сброса давления или вакуума в системе трубопроводов
Объяснение методов открытия клапана
Хотя многие клапаны выполняют схожие задачи, механические способы их достижения могут различаться.
То, как клапан открывается и закрывается, не только влияет на общую производительность, но также определяет степень контроля над потоком и скорость работы клапана.
Большинство клапанов относятся к одной из трех категорий:
- Многооборотные клапаны: Думайте об этих клапанах как о винте или поршне. Вы проворачиваете рукоятку, и заглушка, пластина, мембрана или другое препятствие перемещается на пути трубы, блокируя доступ. В зависимости от клапана они могут иметь более высокие или более низкие дифференциалы, что позволяет открывать или закрывать их с различной скоростью.
- Четвертьоборотные клапаны: Четвертьоборотные клапаны обеспечивают полный диапазон движения при повороте рукоятки на 90 градусов. Это делает их идеальными для ситуаций, когда точность не так важна, как быстрота действий и простота открывания и закрывания.
Помимо механического движения, связанного с клапаном, также рассмотрите способ приведения в действие. В большинстве случаев, клапаны относятся к одной из трех категорий:
- Ручные клапаны: Обычно регулируемые вручную, эти клапаны используют маховики, ручные уровни, зубчатые колеса или цепи для приведения в действие.
- Приводные клапаны: Эти клапаны, часто подключаемые к электродвигателям, воздушным или пневматическим системам, гидравлическим системам или соленоидам, обеспечивают дистанционное управление и автоматизацию для высокоточных или крупномасштабных приложений.
- Автоматические клапаны: Некоторые клапаны срабатывают, когда выполняются определенные условия потока. Примеры включают закрытие обратных клапанов во время обратного потока или срабатывание клапанов сброса давления при обнаружении состояния избыточного давления.
Распространенные типы клапанов и их применение
Клапаны имеют ряд характеристик, стандартов и групп, которые помогут вам получить представление об их предполагаемом применении и ожидаемой производительности. Конструкции клапанов — это один из основных способов сортировки огромного ассортимента доступных клапанов и поиска подходящих для проекта или процесса.
К распространенным типам клапанов относятся:
Шаровой кран
Эти клапаны, преимущественно оснащенные быстродействующими рукоятками с поворотом на 90 градусов, используют шар для управления потоком, что обеспечивает простоту включения и выключения. Обычно операторы считают, что они быстрее и проще в эксплуатации, чем задвижки.
Двустворчатый клапан
Дроссельная заслонка имеет компактную конструкцию и представляет собой быстродействующий поворотный клапан, идеально подходящий для ограниченного пространства благодаря своей межфланцевой конструкции. Корпуса дисковых затворов предлагаются во многих различных конфигурациях.
Обратный клапан
Используемые для предотвращения обратного потока, эти клапаны обычно активируются автоматически, позволяя клапану автоматически открываться, когда среда проходит через клапан в заданном направлении, и закрываться, если поток течет в обратном направлении.
Задвижка
Как один из наиболее распространенных типов клапанов, задвижки используют линейное движение для запуска и остановки потока. Обычно они не используются для регулирования потока. Вместо этого они используются в полностью открытом или закрытом положениях.
Ножевой запорный клапан
Обычно используемые для управления потоком сред, содержащих твердые частицы, ножевые задвижки имеют тонкий затвор, управляемый линейным действием, который может прорезать материалы и создавать уплотнение.
Хотя эти клапаны не подходят для работы с высоким давлением, они идеально подходят для использования со смазкой, маслами, бумажной массой, шламом, сточными водами и другими средами, которые могут препятствовать работе клапанов других типов.
Шаровой вентиль
Шаровые клапаны обычно применяются в операциях плавного регулирования. Обычно доступны три типа корпуса: T-образный (как показано выше), Y-образный и угловой.
Игольчатый вентиль
Игольчатые клапаны, которые обычно используются в трубопроводных системах малого диаметра, когда требуется точный и точный контроль потока, получили свое название от точки на коническом диске, используемом внутри.
Пережимной клапан
Часто используемые для работы с твердыми материалами, суспензиями и жидкостями с взвешенными твердыми частицами, пережимные клапаны используют линейное движение. Обычно пережимные клапаны имеют внутреннюю втулку для изоляции среды.
Пробка клапана
Используя быстродействующую рукоятку четвертьоборотного клапана, эти клапаны регулируют поток с помощью конических или цилиндрических плунжеров. Они обеспечивают одни из лучших характеристик, когда необходима герметичная отсечка, и надежны в условиях высокого давления или высокой температуры.
Предохранительный клапан
Используемые для повышения безопасности, эти клапаны имеют пружинную автоматику и помогают вернуть систему к желаемому давлению во время избыточного давления.
Вы также можете увидеть клапаны, классифицированные по функциям, а не по дизайну.
Общий функциональные обозначения и их общие типы конструкции включают:
- Запорные клапаны:Шаровые, дроссельные, диафрагменные, запорные, пережимные, поршневые и пробковые клапаны
- Регулирующие клапаны: Шаровые, дисковые, мембранные, шаровые, игольчатые, пережимные и пробковые клапаны
- Предохранительные клапаны: Клапаны сброса давления и вакуума
- Обратные клапаны: Поворотные обратные и подъемные обратные клапаны
- Клапаны специального назначения: Многоходовые, поплавковые, ножевые, ножевые и линейные глухие клапаны
Объяснение размера клапана: обеспечение бесперебойной работы
Хотя клапаны могут занимать небольшую часть вашего трубопроводного процесса или системы с точки зрения пространства, они часто составляют значительную часть бюджета проектирования и строительства. Они также оказывают значительное влияние на долгосрочные затраты и общую производительность системы.
Выбор правильного размера клапана важен как для оптимизации затрат, так и для обеспечения безопасной, точной и надежной работы.
Первое, что необходимо учитывать, — это общий размер клапана — как с точки зрения физических размеров, так и с точки зрения внутреннего размера и скорости потока (CV).
Выбор клапана, который не соответствует требуемому пространству, может привести к дополнительным затратам. Выбор клапана, который не обеспечивает идеальной скорости потока, может привести как минимум к неточному регулированию потока, а в худшем – к полному отказу системы.
Например, если ваш клапан слишком мал, это может привести к уменьшению потока вниз по потоку и созданию противодавления вверх по потоку. Если клапан слишком большой, вы обнаружите, что управление потоком резко снижается по мере того, как вы переходите от полностью открытого или полностью закрытого положения.
При выборе подходящего размера обязательно учитывайте как диаметр соединителя, так и общий расход клапана по сравнению с вашими потребностями. Некоторые клапаны обеспечивают отличный поток, в то время как другие сужают поток и повышают давление.
Это означает, что иногда вы должны установить клапан большего размера для регулировки потока, чем может подразумевать только диаметр адаптера.
Торцевые соединения клапана: ключ к хорошей посадке и правильной работе
Помимо выбора размеров и конструкции, также важно учитывать торцевые соединения клапана.
Общие типы концов клапанов. Источник: Объединенные сплавы
Хотя наиболее очевидным следствием здесь является выбор концевого соединения, совместимого с вашим трубопроводом, существуют также функциональные характеристики обычных типов концов, которые могут сделать один клапан более подходящим для ваших нужд, чем другой.
Общие соединения и концы клапана включают:
- Резьбовые или резьбовые: Часто используется в подключениях к приборам или в точках отбора проб
- Фланцевый:Наиболее распространенные концы для трубопроводов
- Стыковая сварка: Обычно используется в условиях высокого давления или высоких температур.
- Сварное гнездо: Обычно используется на трубопроводах малого диаметра, где резьбовые соединения не допускаются.
- Вафля и Луг: Часто используется для компактных клапанов, устанавливаемых в системах с ограниченным пространством.
Материалы клапанов: обеспечение безопасности и долговечности
В зависимости от вашего предполагаемого использования материалы, из которых изготовлены ваши клапаны, могут иметь решающее значение для обеспечения безопасной работы и снижения затрат на техническое обслуживание и замену в течение всего срока эксплуатации.
Клапаны из нержавеющей стали отлично подходят для различных производственных сред, в том числе с агрессивными средами (такими как химические вещества, соленая вода и кислоты), средами со строгими санитарными стандартами (такими как производство продуктов питания и напитков и фармацевтика) и процессами, связанными с высоким давлением. или высокие температуры.
Однако, если вы перерабатываете растворители, топливо или летучие органические соединения (ЛОС), выбор материала клапана из негорючего материала, такого как латунь, бронза, медь или даже пластик, часто является лучшим вариантом. В дополнение к выбору правильного материала корпуса внутренние (смачиваемые) детали трима также должны быть оценены на химическую совместимость. Если ваш клапан содержит эластомеры, их также следует оценить на химическую совместимость, а также ограничения по давлению и температуре.
Стандарты на клапаны: соответствие требованиям и нормативным требованиям
В зависимости от вашего предполагаемого использования вы можете обнаружить, что клапаны должны соответствовать определенным стандартам, чтобы соответствовать нормативным требованиям безопасности, санитарии или другим проблемам.
Хотя существует слишком много стандартных организаций и потенциальных правил, чтобы подробно их описывать, общие общие стандартные организации включают:
-
(CSA) (ASME) (ANSI) (ASTM International) (MSS) (ISO) (NSF) (NACE) (API) (AWWA)
Также необходимо учитывать отраслевые стандарты.
Основные отраслевые организации по стандартизации включают:
- Стандарты клапанов ASHRAE
- Стандарты клапанов ASME BPVC
- Стандарты клапанов ASSE
- Стандарты ISA для клапанов
- Стандарты клапанов NFPA
- Стандарты клапанов SAE
Заключительные мысли
Выбор правильного клапана для вашего проекта может показаться сложным. Однако, начав с общих характеристик, таких как конструкция клапана, размер клапана и способ срабатывания — вы можете быстро ограничить свои возможности, чтобы определить лучшие клапаны для ваших нужд.
Независимо от того, проектируете ли вы новую технологическую систему или хотите модернизировать или обслуживать существующую систему, выбор клапанов и фитингов Unified Alloys поможет вам найти идеальное решение для вашего приложения и условий использования. Являясь ведущим поставщиком сплавов из нержавеющей стали, клапанов, фланцев и многого другого, наши специалисты уже более 4 лет помогают предприятиям промышленности в Канаде и Северной Америке. Нужна помощь или есть вопрос? Свяжитесь с нами для индивидуальной помощи.
Как правильно выбрать клапан (с плюсами и минусами)
Приведенные ниже таблицы можно использовать в качестве руководства по выбору клапана с учетом состояния материала, его природы и функции клапана.
| Транспортируемая жидкость | Природа жидкости | Функция клапана | Тип диска |
| жидкость | Нейтральный (вода, масло и т. д.) | Вкл Выкл | Клиновая задвижка |
| Вращающийся шар | |||
| Конический клапан | |||
| Мембранный клапан | |||
| Дисковый затвор | |||
| Штепсельные ворота | |||
| Регулирующий клапан, модулирующий | Вселенная | ||
| Дисковый затвор | |||
| Штепсельные ворота | |||
| Мембранный клапан | |||
| Игла | |||
| Агрессивные (кислотные, щелочные и т.д.) | Вкл Выкл | Клиновая задвижка | |
| Штепсельные ворота | |||
| Вращающийся шар | |||
| Конический клапан | |||
| Мембранный клапан | |||
| Дисковый затвор | |||
| Регулирующий клапан, модулирующий | Вселенная | ||
| Мембранный клапан | |||
| Дисковый затвор | |||
| Штепсельные ворота | |||
| Гигиенические (Еда, напитки, лекарства и т.д.) | Вкл Выкл | Дисковый затвор | |
| Мембранный клапан | |||
| Регулирующий клапан, модулирующий | Дисковый затвор | ||
| Мембранный клапан | |||
| выжимать | |||
| зажимать | |||
| пульпа | Вкл Выкл | Вращающийся шар | |
| Дисковый затвор | |||
| Мембранный клапан | |||
| Конический клапан | |||
| зажимать | |||
| выжимать | |||
| Регулирующий клапан, модулирующий | Дисковый затвор | ||
| Мембранный клапан | |||
| выжимать | |||
| зажимать | |||
| Клиновая задвижка | |||
| Волокнистые подвески | Вкл./выкл., регулирующий клапан, модулирующий | Клиновая задвижка | |
| Мембранный клапан | |||
| выжимать | |||
| зажимать |
| Транспортируемая жидкость | Природа жидкости | Функция клапана | Тип диска |
| Gas | Нейтральный (воздух, пар и т. д.) | Вкл Выкл | Клиновая задвижка |
| Вселенная | |||
| Вращающийся шар | |||
| Конический клапан | |||
| Мембранный клапан | |||
| Регулирующий клапан, модулирующий | Вселенная | ||
| Игла | |||
| Дисковый затвор | |||
| Мембранный клапан | |||
| Клиновая задвижка | |||
| Агрессивные (кислотные пары, хлор и т.д.) | Вкл Выкл | Дисковый затвор | |
| Вращающийся шар | |||
| Мембранный клапан | |||
| Конический клапан | |||
| Регулирующий клапан, модулирующий | Дисковый затвор | ||
| Вселенная | |||
| Игла | |||
| Мембранный клапан | |||
| вакуум | Вкл Выкл | Клиновая задвижка | |
| Вселенная | |||
| Вращающийся шар | |||
| Дисковый затвор |
| Транспортируемая жидкость | Природа жидкости | Функция клапана | Тип диска |
| Твердые | Абразивный порошок (кремнезем и т. д.) | Вкл./выкл., регулирующий клапан, модулирующий | зажимать |
| выжимать | |||
| Спиральный носок | |||
| Смазочный порошок (графит, тальк и т.д.) | Вкл./выкл., регулирующий клапан, модулирующий | зажимать | |
| Клиновая задвижка | |||
| Спиральный носок | |||
| выжимать |
Плюсы и минусы типа клапана
Поскольку все проще понять с помощью таблицы, вот еще одна, в которой суммируются плюсы и минусы для наиболее распространенных клапанов.
| Клапан | преимущества | Недостатки бонуса без депозита |
| Дисковый затвор | Четверть оборота | Трудно очистить |
| Открытый порт | Трудности с суспензиями | |
| Используется с химическими или агрессивными средами | Дросселирование ограничено низким перепадом давления | |
| Компактный, легкий дизайн | Возможность кавитации и дросселирования | |
| Доступны в больших размерах | На неуправляемое движение диска влияет турбулентность потока | |
| Низкий перепад давления и восстановление высокого давления | ||
| Высокий коэффициент текучести | ||
| Шарики | Превосходная простота в эксплуатации | Плохие дросселирующие характеристики |
| Поддерживает и регулирует высокий объем, | Трудно чистить, приводит к загрязнению | |
| высокое давление и высокая температура потока | ||
| Прочная конструкция и долгий срок службы | ||
| Низкая стоимость покупки и обслуживания | ||
| Возможность работы без боковых нагрузок | ||
| Позволяет проверять и ремонтировать седел и уплотнений без снятия корпуса клапана с линии. | ||
| Не требует смазки | ||
| Мембранный клапан | Чрезвычайно чистый | Может использоваться только при умеренной температуре (от -60 до 450ºF) |
| Герметичное уплотнение | Может использоваться только при умеренном давлении (приблизительно 300 фунтов на квадратный дюйм) | |
| Герметичная отсечка | Нельзя использовать в многооборотных операциях | |
| Простота обслуживания | Отсутствуют стандартные отраслевые размеры лицевой стороны | |
| Ремонт можно производить без разрыва трубопровода | Корпус должен быть изготовлен из устойчивого к коррозии материала. | |
| Уменьшить утечку в окружающую среду | ||
| Клиновая задвижка | Доступны в больших размерах | Ограничения низкого давления |
| Может использоваться с суспензиями и вязкими жидкостями | Медленное время открытия и закрытия | |
| Используется как запорный клапан | Возможна эрозия седла и диска | |
| Простота обслуживания и разборки | Плохие дросселирующие характеристики | |
| Недорогой | Сложно ремонтировать | |
| По своей сути пожаробезопасен (при использовании с металлическим листом) | Не следует использовать в санитарных целях | |
| двунаправленная | ||
| Вселенная | Может быть быстродействующим | Высокая потеря напора |
| Точный контроль | Большое отверстие для сборки диска | |
| Может использоваться в системах высокого давления | Тяжелее других клапанов | |
| Консольное крепление диска к штоку | ||
| Низкий коэффициент текучести | ||
| Не подходит для чистых или стерильных применений | ||
| зажимать | Очень чистый | Нельзя использовать при высоких температурах |
| Отличный дренаж | Не может использоваться в приложениях с высоким давлением | |
| Минимальная турбулентность | Нельзя использовать с газовыми средами | |
| Низкое содержание загрязняющих веществ в воздухе | ||
| Техническое обслуживание небольшого объёма | ||
| Малый вес | ||
| Может использоваться во взрывозащищенных линиях | ||
| Недорогой |
После того, как правильный клапан был выбран, пришло время выбрать правильный привод! См. ссылку ниже на Руководство по выбору привода Indelac:
Как правильно выбрать клапан для очистки сточных вод
Станция очистки сточных вод арматура должны быть выбраны для безопасной, эффективной и последовательной работы, чтобы избежать ненужного обслуживания. Кроме того, выбор должен быть сосредоточен на требованиях к точности, воспроизводимости и обратной связи для автоматических регулирующих клапанов. Всегда следует учитывать следующие критерии:
1. Назначение клапана: Запорный или дроссельно-модулирующий.
2. Параметры процесса: расход, давление и температура.
3. Химическая совместимость: концентрация, процентное содержание твердых веществ, среда и плотность.
4. Требования к процессу: частота операций, допустимая скорость утечки, чистота, доступное пространство и
Структурные соображения. Распространенные типы клапанов, используемых на очистных сооружениях для различных целей (отсечка/дросселирование), показаны в таблице 1.
1. Поворотные затворы: Дисковые затворы имеют круглый диск, установленный на валу в центре затвора. Как правило, они используются при очистке сточных вод для систем подачи воздуха. Поворотные затворы являются экономичной альтернативой для клапанов больших размеров (> 200 мм) из-за компактной конструкции клапана и меньшей массы по сравнению с другими клапанами. Кроме того, они имеют относительно высокий коэффициент текучести (Cv), стандартные монтажные размеры и могут изготавливаться из химически стойких материалов. Как правило, размеры дисковых затворов варьируются от 50 мм до 1200 мм.
Дроссельный клапан считается клапаном с высокой степенью возврата, поскольку только диск препятствует проходу клапана. Cv сравнительно высок, а перепад давления на клапане сравнительно низок.
Хотя поворотные затворы экономичны, они имеют тенденцию к засорению при использовании на шламах с твердыми частицами/волокнистыми материалами и, следовательно, плохо справляются со шламами. Особенно уязвимыми являются полости вокруг штока диска, которые потенциально могут задерживать жидкости и взвеси. Из-за этого возможно нежелательное загрязнение в шламовых службах. Эти клапаны обычно не имеют класса герметичности для пузырьков, хотя некоторые высокоэффективные дисковые затворы могут соответствовать требованиям ASME по утечкам.
2. Задвижки: Задвижки имеют клин или диск, который перемещается вверх и вниз, блокируя или пропуская поток воды. Они в основном используются для изоляции (отключения) сточных вод. Шток задвижки может быть как поднимающимся, так и не поднимающимся. Поднимающийся шток требует зазора над клапаном, чтобы двигаться вверх, когда клапан открывается. Это обеспечит визуальную индикацию открытого/закрытого положения. Если пространство ограничено (например, под землей) или в зонах, где важна безопасность, можно использовать невыдвижной шток.
3. Ножевые задвижки: Ножевые задвижки аналогичны задвижкам; однако острие ворот может прорезать скопившиеся твердые частицы. Ножевые задвижки используются в системах сточных вод для обработки абразивных шламов или шлама. Они доступны от стандартных литых конфигураций размером от 50 мм до специально изготовленных клапанов размером до 1,800 мм. Ножевые затворы для шламовых систем должны быть рассчитаны на номинальное давление в обоих направлениях, что делает их подходящими для отсоединения трубопроводов в любом направлении.
Ножевые задвижки могут прорезать шламы, накипь и поверхностные отложения. Поскольку они имеют беспрепятственный путь потока, они обеспечивают высокую пропускную способность (Cv). Они также имеют малые габаритные размеры, что способствует уменьшению веса клапана и упрощает конструкцию трубопровода.
Ножевые задвижки не подходят для применения при относительно низком давлении. Двумя недостатками являются неспособность обеспечить непроницаемое для пузырей запирание и образование каверн. Следовательно, они не рекомендуются для приложений высокой чистоты.
4. Шаровые клапаны: Запорные клапаны имеют круглый корпус с двумя полостями, разделенными круглым отверстием, которое меньше диаметра трубы. Как правило, размеры шаровых клапанов составляют от 50 мм до 200 мм. Работа клапана линейная, с выдвижным штоком, с многооборотным маховиком.
Шаровые клапаны можно использовать для точного дросселирования и управления в системах очистки сточных вод, поскольку они легко автоматизируются и доступны с позиционерами, концевыми выключателями и другими аксессуарами. Как правило, производители регулирующих клапанов предоставляют программное обеспечение для определения размеров регулирующих клапанов, так как это намного сложнее, чем определение размеров изоляции.
Шаровые клапаны имеют относительно низкое Cv и не могут работать со шламами. Они относительно дороги. По этим причинам они обычно не предназначены для контроля в системах с высокой степенью чистоты или в системах с шламами. Кроме того, низкое Cv вызывает относительно высокий перепад давления на клапане.
5. Шаровые краны: Шаровые краны имеют шарообразную заглушку с отверстием, просверленным в центре. Они обычно используются в химической промышленности и для изоляции воздуха и воды при меньших диаметрах (
Некоторыми характерными особенностями шаровых кранов являются простота эксплуатации, способность выдерживать высокое давление и температуру, высокая пропускная способность и способность работать с агрессивными химическими веществами. Шаровые краны также считаются клапанами с высокой рекуперацией (относительно высокое Cv), подобно дроссельным клапанам.
Шаровые краны не подходят для работы со шламом. Кроме того, вес шарового крана большего размера намного выше, чем у других типов клапанов аналогичного размера.
6. Пробковые клапаны: Пробковые краны аналогичны шаровым кранам. Подвижная часть пробкового клапана состоит из конической пробки вместо шара. Пробковые клапаны в основном используются на трубах, по которым проходят неочищенные сточные воды, шлам и песок. Они также используются для газовых систем метантенка.
Пробковые клапаны могут хорошо герметизироваться, и они имеют плотное отсечение. Однако некоторые пробковые клапаны изготавливаются с уменьшенным входным отверстием, что означает, что проход потока через клапан меньше, чем площадь поперечного сечения прилегающей трубы. Это приводит к более высокому падению давления. Поэтому ищите полнопроходные плунжерные клапаны, если они вам нужны. Пробковые клапаны тяжелые и требуют больше места, но надежны и долговечны.
В некоторых случаях для дросселирования используются пробковые клапаны.
Заключение
В зависимости от области применения выбор правильного типа клапана должен выполняться с учетом следующего:
• Поворотные затворы представляют собой клапаны с высокой степенью извлечения, но не рассчитаны на герметичность.
• Задвижки дешевле клапанов меньшего размера.
• Ножевые задвижки способны прорезать шлам и имеют очень низкое гидравлическое сопротивление. Однако они не подходят для применения в условиях высокой чистоты.
• Шаровые клапаны хороши для дросселирования, но имеют относительно большие потери напора.
• Шаровые краны допускают быстрое открытие-закрытие на четверть оборота, но имеют плохие характеристики дросселирования.
• Пробковые клапаны могут хорошо герметизироваться и имеют герметичное отсечение.
Ссылка: Джега Джеганатан, доктор философии, инженер, работает в муниципальной инфраструктурной группе ООО. Электронная почта: jjeganathan@tmig.ca
