Предохранительные клапаны: устройство, эксплуатация, ремонт
Предохранительные клапаны: устройство, эксплуатация, ремонт

Предохранительные клапаны (ПК)
устройство, эксплуатация, ремонт

     Предохранительные клапаны (ПК) используют для защиты узлов оборудования, находящихся под давлением, от разрушения вследствие внезапного повышения рабочего давления.

     Предохранительные клапаны открываются автоматически с повышением давления до давления начала открытия клапана. Для полного открытия клапана, возможно превышение давления над давлением открытия, при этом затвор открывается полностью, обеспечивая максимальную пропускную способность выброса.

     Закрытие клапана, т.е. золотник прижимается к седлу, происходит когда давление снижается ниже давления открытия.
В зависимости от высоты подъема золотника различают два вида предохранительных клапанов: полноподъемные и малоподъемные.

     Молоподъемный предохранительный клапан открывается при достижении давления начала открытия и потом открывается по линейному закону с ростом давления.
Такой принцип работы называется пропорциональным. В таких клапанах не применяются специальные конструкционные устройства, которые облегчают подъем.
     Полноподъемные клапана имеют двух позиционный принцип действия за счет специальных конструкционных устройств, облегчающих подъем золотника. В начале движения полноподъемного предохранительного клапана также открывается по пропорциональному закону, а затем рывком достигает полного подъема, и переходит в положение полного открытия, практически без изменения давления в системе. (специальные втулки на сопле, и форма золотника).

     Малоподъемные предохранительные клапаны используют в тех случаях, когда выброс рабочей среды небольшой, в основном для жидкостной.
     Полноподъемные предохранительные клапаны позволяют выпускать большое количество рабочей среды, и их целесообразно использовать для газов и паров. При равных условиях эксплуатации полноподъемный клапан имеет большую производительность, что позволяет снизить его габаритные размеры и вес.

     Очень важным является точность открывания клапана при установочном давлении.
Основными факторами, влияющими на точность, являются:
     - конструкция уплотнительных поверхностей седла-золотника;
     - качество поверхности седла-золотника;
     - ширины рабочей зоны соприкосновения уплотнительных поверхностей седло-золотник.

Герметичность затворов предохранительных клапанов (ПК)

     Самым главным является точность открытия клапана при достижении установочного давления. Вторым главным моментом есть обеспечение герметичности затвора.

     Затвор ПК состоит из 2-х элементов: золотника - (подвижного), и седла или сопла – (неподвижного).
     Уплотнительная поверхность затвора изготавливается в виде двух плоских кольцевых поверхностей, прилегающих друг к другу.

     Обеспечить герметичность предохранительных клапана значительно сложнее, чем в запорных клапанах, поскольку в нашем случае, исключается приложение больших усилий для закрытия затвора.
     Считается, что абсолютную герметичность затвора в ПК на практике осуществить трудно. Со временем эксплуатации через затвор начинает просачиваться рабочая среда, которая будет минимальной при хорошем качестве изготовления уплотнительных поверхностей, или ей пренебрегают. Экспериментально установлены главные факторы, влияющие на герметичность затворов ПК:
     - конструкция затвора;
     - тип уплотнения, материал уплотняющих колей;
     - свойства среды;
     - качество поверхности уплотняющих колец;
     - плоскость поверхностей уплотнительных колец;
     - ширина уплотняющих колей;
     - разность давлений внутри и вне затвора;
     - характер рабочего процесса: поддержание уже имеющейся герметичности, или создание герметичности вновь, при закрытии клапана при обрыве струи.

Первоначальная герметичность

      Первоначальная герметичность затвора обеспечивается технологией механической обработки. В дальнейшем, герметичность зависит от особенностей закрывания затвора и от износостойкости материала уплотнения колец. Экспериментально установлено, что чем выше чистота обработки уплотнительных колец, тем меньше удельное давление нужно создать для поддержания герметичности. Поэтому, нужно тщательно притирать уплотнительные поверхности затвора.

     Иногда бывает, что новый клапан или клапан после ремонта в закрытом состоянии не герметичен. Причины здесь могут быть следующие: загрязнение колец продуктами рабочей среды, механические повреждения колец, перекос при сборке пары седло-золотник.
     Негерметичность клапана, приводит к утечке среды через уплотнительные поверхности затвора. Движение рабочей среды с включениями механических примесей, вызывает эрозионный износ рабочей поверхности клапана.
     В случае использования материалов, не износостойких, в данных условиях эксплуатации интенсивность износа растет, что приводит к полной потере герметичности и полному выходу клапана из строя.

     При открытом клапане, его рабочие поверхности также подвергаются эрозионному износу из-за воздействия больших скоростей рабочей среды.
После открытия клапана для восстановления герметичности, требуется приложить большее давление на золотник, поскольку, необходимо преодолеть движущийся поток среды.
     На практике, это может привести к тому, что герметичный клапан после закрытия теряет герметичность, и в этом случае, достаточно прижать шпиндель для восстановления герметичности.

     Поэтому, конструкция клапана должна обеспечивать его резкое закрытие. В практике, также, имеет место, изменение величины давления клапана от первоначально заданного.
Причиной может служить - изменение пятна контакта уплотнения, вследствие деформации или усадки пружины. Для точной работы клапана ширина контакта уплотнительной поверхности должна быть минимальной.
Широкие уплотнительные кольца будут приводить к более высоким отклонениям давления открытия от заданного, чем узкие.
На практике, ширина уплотнительной поверхности не делается меньше 1 – 1,5мм., поскольку при отсутствии давления среды, вся сила пружины действует на золотник и создает в зоне контакта уплотнений высокие удельные давления.

      Герметичность клапанов малых диаметров, также в большой степени зависит от тщательности их изготовления и сборки. Текущий ремонт таких клапанов требует квалифицированной сборки, нарушение, которой, является причиной потери плотности.
      На отклонение давления открытия клапана, от первоначально заданного оказывают влияние также процессы трения при движении золотника и штока в направляющих втулках.
При работе в условиях высокой температуры, из-за разного термического расширения материалов штока и корпуса, также будет происходить изменение давления открытия. С ростом температуры установочное давление клапана несколько уменьшается.
     Заводы изготовители указывают поправку на установочное давление для работы клапана при высокой температуре. При работе в условиях высоких температур, различное термическое расширение материалов золотника-штока, направляющих может приводить к заклиниванию штока или золотника.

Конструктивные особенности затворов предохранительных клапанов

     Сопло клапана должно иметь форму, обеспечивающую минимальное сопротивление потоку среды. Обычно, сопла предохранительных клапанов делают съемными (вставными) и соединяют с корпусом при помощи резьбы. Съемные или вставные сопла имеют следующие преимущества:
     - сопло изготавливают из коррозионностойкой стали, что увеличивает его долговечность;
     - упрощается ремонт клапана, поскольку есть возможность приводить механическую обработку и притирку для восстановления уплотнительной поверхности;
     - рабочая поверхность вставного сопла меньше деформируется при температурном расширении корпуса.

     Помимо съемного сопла, используется сплошное сопло, вставленное во входной раструб клапана и одновременно выполняющее роль приемного патрубка.
Клапан со сплошным соплом более дорогостоящий в изготовлении, но обладает рядом преимуществ: снижается деформационное воздействие корпуса на затвор и увеличивается прочность сопла, потому что оно выполнено в форме усеченного конуса.

     Во многих странах размеры сопел предохранительных клапанов стандартизированы. Поэтому при заказе клапана часто указывают и размер сопла, поскольку клапаны одного диаметра могут иметь разные сопла.

     Золотник ПК является второй верхней деталью затвора, и совершает поступательное движение вверх - при открывании клапана, и вниз - при его закрывании. Направляющей, при движении золотника может служить цилиндрическая направляющая втулка.

     Высота направления принимается равной 1 – 1,5 диаметра золотника. Между золотником и втулкой должен присутствовать обязательный зазор во избежание заклинивания золотника при высокой температуре срабатывания.
     Уплотнительную поверхность золотника изготавливают в виде кольца или диска из коррозионностойкого материала.
Широкое применение имеет золотник со вставным диском, который имеет демпфирующую посадку, исключающий жесткую связь с золотником.
В этом случае герметичность затвора обеспечивается стабильно и не зависит от возможных перекосов золотника. Золотник со вставным диском более прост в изготовлении и более легок в ремонте.
     Материалы затвора клапана должны соответствовать ряду требований:
     - хорошей притираемостью и прирабатываемостью;
     - высокой износостойкостью при абразивном износе и износе схватыванием;
     - сохранением высоких упругих свойств в области микропластичности при действии больших удельных давлений, в случаях отсутствия противодавления рабочей среды;
     - хорошей сопротивляемостью эрозионному износу;
     - высокой релаксационной способностью в области микропластических деформаций.

     Рабочие поверхности затворов предохранительных клапанов изготавливают, главным образом, из нержавеющих сталей 3Х13 и Х18Н10Т. Клапаны со стальными затворами можно использовать при температурах соответственно 450°С (углеродистая сталь) и 600°С (низколегированная сталь).

     При температурах эксплуатации до 200°С используются клапаны с рабочими поверхностями затвора из упругих материалов. Затворы из упругих материалов имеют ряд преимуществ перед затворами из стали:
     - простота замены уплотнительного кольца в процессе эксплуатации;
     - их герметичность обеспечивается при меньших удельных давлениях;
     - легкость притирки рабочей поверхности при ремонте.
     К недостаткам уплотнений из упругих материалов, можно отнести, их большую микропластичность с ростом давления, что приводит к изменению площади контакта уплотнения и, соответственно, к изменению величины давления открытия клапана с течением времени.

 

 

 

 

 

другие новости
Спасибо!
Ваша заявка успешно отправлена!
Заказать звонок
Top