Клапан предохранительный – все о типах, принципе работы и устройстве

⭐⭐⭐⭐⭐ Принцип работы предохранительных клапанов — Полный обзор. Как работают предохранительные устройства котлов, сосудов трубопроводов? Предохранительная арматура необходима для сброса избыточного давления в сосудах, котлах, трубопроводах, в системах отопления и т.д. Существует несколько

Назначение

Основное назначение предохранительного клапана – защита системы от повышенного давления, которое может привести к ее повреждению или даже разрушению. Клапан сбрасывает излишки рабочей среды при превышении предельного значения ее напора. Сброс происходит в дренажную систему или в атмосферу. После того, как давление в системе упадет до нормального, предохранительный клапан закрывается и сброс прекращается.

Принцип работы предохранительного клапана

При высоком давлении в трубопроводе формируются излишки воздуха. Действие предохранительного клапана направлено на то, чтобы извлечь воздушные пузыри на участках их скопления в жидкости под давлением. Тем самым, происходит активное предотвращение преждевременного износа трубопровода, а также появления прорывов, поломок и протеканий.

Основными причинами возникновения аварийных ситуаций, предотвращаемых посредством установки предохранительного клапана, являются:

• скачки давления и напора содержимого трубопровода;
• неквалифицированная настройка оборудования;
• неверно выполненный монтаж трубопроводной системы;
• влияние внешних факторов;
• неправильная сборка элементов, некачественные составляющие.

Клапан предохранительный в прямом смысле «предохраняет» трубопровод от накопления в нем воздушных «пломб» в случае внезапного повышения давления. Если запорная арматура общего назначения ликвидирует экстренные ситуации уже по факту их возникновения, то установка предохранительного клапана выступает в качестве предупреждающей меры к их возникновению.

Предохранительный клапан в системе отопления: принцип работы и установка

Кто первый придумал предохранительный клапан? История об этом умалчивает. Известно лишь одно — это нехитрое устройство предотвратило немало аварий и сберегло сотни, если не тысячи человеческих жизней. Обязательный элемент — предохранительный клапан в системе отопления защищает контур и котел от механического разрушения избыточным давлением. Он считается механизмом прямого действия, т. к. работает непосредственно с рабочей средой, сбрасывая избыток жидкости, пара, либо смеси пара и жидкости.

Принцип действия клапанов

Принцип работы любого предохранительного клапана чрезвычайно прост. Запирающий элемент прижимается к седлу пружиной. По мере роста давления оно начинает превозмогать силу сжатия пружины, сжимая ее и отодвигая запорный элемент от седла. В открытый просвет устремляются излишки жидкости или газа. По мере выхода напор снижается, пружина отжимает запорный элемент обратно к седлу.

Устройство закрывается и готово к следующему рабочему циклу. Сила сжатия пружины, а, следовательно, порог срабатывания регулируется винтом.

Применение предохранительных устройств

*

Для обеспечения безопасной работы предохранительный фитинг является обязательным элементом любой системы, работающей под давлением.

В зависимости от назначения они могут устанавливаться в следующих местах:

1. Горячее водоснабжение и отопление. Предохранительный клапан для системы отопления устанавливается на трубопроводах после подающего насоса. Так как горячая вода агрессивна, сброс должен направляться в безопасное место, обычно в канализацию. При больших расходах количество агрегатов может доходить до 2 и больше.
2. Фитинг сантехнический для водопровода холодной воды устанавливается в трубопроводах водоснабжения питьевой водой. Сброс производится непосредственно на землю.

   Фитинг сантехнический для водопровода

3. Гидросистема. В качестве рабочей жидкости используются гидравлические масла. Гидросистема служит для привода рабочих механизмов: гидромоторов, гидроцилиндров. Предохранительный фитинг устанавливается на трубах, или может быть в составе насоса или гидрораспределителя. Сброс масла производится в сливную магистраль.
4. Трубопроводы газоснабжения.  Повышение напора в трубах может привести к аварийной ситуации – это отрыв пламени от горелок, накапливание излишка газа и взрыв в помещении. Поэтому арматура устанавливается сразу после регулятора напора, а сброс производится в атмосферу.
5. Система воздушная, компрессоры. Защитное устройство устанавливается в корпусе компрессора, сброс происходит в атмосферу.

Предохранительный фитинг компрессора

Классификация предохранительных клапанов

Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам.

По принципу действия:

• Прямого. Это классический механический предохранительный клапан.
• Непрямого. Используется датчик давления, автоматика управления, дистанционно управляемый вентиль. Датчик с вентилем могут быть разнесены по разным местам конструкции.

По способу открытия затвора:

• пропорционального (для малосжимаемых рабочих сред);
• двухступенчатые (для газов).

По способу нагружения золотника:

• пружинные;
• рычажно-грузовые;
• магнито-пружинные.

Существуют и другие типы аварийных предохранительных клапанов, применяемых в специальных промышленных установках.

Когда требуется предохранительный клапан

Замкнутая гидравлическая отопительная система оснащается предохранителем, если предусматривается нагрев теплоносителя.

Для постоянного контроля внутреннего давления нужно поставить бак расширения мембранного типа.

Предохранительные клапаны с приводом

Запорно-предохранительная клапанная арматура часто оснащается различными приводами для удобства ее эксплуатации и контроля параметров содержимого трубопровода. Самыми распространенными видами приводов для установки совместно с регулирующими предохранительными клапанами, являются пневматический, а также электрический.

Прочный корпус, являющийся очень важным параметром при выборе клапанов предохранительного типа для различных трубопроводов, может быть выполнен в различной форме: угловой, прямоточной или проходной. В зависимости от формы корпуса, клапаны могут использоваться в различных трубопроводных системах (газового, водного и парового типа).

Проходная конструкция обладает преимуществом пропускания содержимого в обоих направлениях – прямом и обратном. То есть, в такой конструкции клапана поток содержимого находится в одинаковых условиях на входе и выходе из агрегата. Угловой клапан «поворачивает» поток содержимого на 90 градусов, при этом снижая гидравлическое сопротивление. В прямоточной конструкции изделия направление потока не меняется, однако шпиндельная ось располагается под наклоном.

Помимо клапанов с золотником (тарельчатой конструкции) также выделяют игольчатые клапаны с коническим затвором. Затвор конической формы, обычно, не превышает в диаметре 25 мм и рассчитан на максимальное давление рабочей среды в 16 МПа.

Предохранитель и скорость реагирования

Чтобы ответить на вопрос, какая существует связь между скоростью реагирования и предохранителем, стоит рассмотреть, как действуют пропорциональные предохранительные защитные клапаны и двухходовые.

Пропорциональные элементы защиты медленно поднимают крышку затворного приспособления. Клапан открывается строго пропорционально увеличению показателя давления, влияющего на стенки труб. Постепенно устройство поднимается выше, увеличивая объем удаляемого вещества.

Такой предохранитель можно использовать внутри твердотопливного котла, но предпочтение стоит отдавать системам отопления, работающим на воде, или приборам, работающим на жидком топливе.

Клапаны двухпозиционного типа способны срабатывать моментально, как только уровень давления увеличивается до критических отметок. Затвор сразу открывается и пропускает воду.

Двухходовой защитный клапан используют в самой среде. Отрицательным моментом считаются автоматические колебания затворного устройства.

Если встроенный двухпозиционный клапан установить в отопительной городской системе, работающей на основе жидкого теплоносителя, стоит быть готовыми к тому, что при быстрой активации установленного затвора сразу сбросится большой объем воды.

За счет этого уровень давления автоматически снизится. Затвор закрывается, что приведет к разрушающему удару гидравлики. Используемые клапаны специального пропорционального механизма предотвращают подобные риски.

Технические требования к предохранительным клапанам

Основное требование, предъявляемое к аварийной арматуре- это надежность и четкость срабатывания. Достигается это за счет:

• Быстрое открытие при достижении порога срабатывания.
• Достаточная пропускная способность при открытии.
• Четкое закрытие при снижении напора до допустимого уровня.
• Гарантия герметичности и отсутствие утечек при нормальном напоре до и после срабатывания.
• Безотказность в течении паспортного срока эксплуатации и проектного числа срабатываний. Стабильность параметров упругих элементов и качества поверхностей золотника и седла.

Вся предохранительная арматура обязательно должна периодически испытываться на работоспособность, целостность и качество уплотнений. Для этого ее демонтируют и направляют в сертифицированную поверочную лабораторию или испытательный центр. Для предохранителей, работающих в сложных установках непрерывного цикла, допускается проверка на месте. Ее проводят методом испытания в действии.

Преимущества использования

Предохранительные клапаны применяются для нормализации давления в системе и широко распространены в разных областях промышленности. К их достоинствам можно отнести:

• Длительный срок службы.
• Простота конструкции, подсоединения к трубопроводной системе, эксплуатации.
• Большой выбор рабочих параметров.
• Множество конструктивных вариаций и исполнений для различных рабочих сред, в том числе — агрессивных.
• Использование в разных климатических условиях.
• Возможность установки в горизонтальном или вертикальном положении в зависимости от типа конструкции.

При выборе предохранительного клапана необходимо вычислить предельно допустимые показатели давления. Для этого нужно знать производительность насосного оборудования, объем и рабочую температуру транспортируемой среды, скорость срабатывания. Также выбирается место и метод монтажа на трубопроводе.

Предохранительные клапаны с настройкой регулировки давления

Иногда возникают неприятные обстоятельства, когда система отопления дает сбой, и давление начинает колебаться. Если давление не регулировать, последствия могут быть опасными. Чтобы не допустить такого, отопительную систему и систему подачи горячей воды следует оснащать предохранительными клапанами. Что это такое, и как они работают – мы и расскажем в этом материале.

Эксплуатация

Долговечность работы защитных механизмов зависит от соблюдения всех условий технической эксплуатации. При работе защитного агрегата из-за износа основных частей могут возникать следующие дефекты:

1. Негерметичность седла. Дефект может возникнуть в результате попадания металлической стружки и наличие рисок на седле. Дефект устраняется притиркой седла или его заменой на аналогичный фитинг.
2. Заниженное давление открытия устройства вследствие потери пружиной клапана своих упругих свойств или разрегулировка настройки. Для устранения отказа надо заменить пружину или сам фитинг, настроить давление, проверить в работе и поставить пломбу.
3. Если необходимо произвести замену агрегата для ремонта, то на его место нельзя временно ставить заглушку или вентиль. Необходимо, для безопасности объекта, предварительно произвести подбор клапана с точно такими же характеристиками, и только его устанавливать вместо снятого.
4. Если возникает пульсация при работе, быстрое открытие и закрытие затвора устройства, то такой дефект может вызывать нежелательную вибрацию трубопроводов, что может привести к их деформированию. Причиной может быть несоответствие размеров сечений основного трубопровода и трубопровода, подключенного к агрегату. Для устранения дефекта надо при монтаже устанавливать трубы одинакового сечения.

Принцип работы устройства

Воздушный клапан (или несколько) устанавливают в системе отопления, в местах наиболее вероятных для скопления пузырьков воздуха. Это предотвращает образование большой пробки, отопление работает бесперебойно.

Рекомендуем ознакомиться: Виды муфт ПНД и особенности их установки

Кран Маевского

Такие устройства получили название по фамилии своего разработчика. Кран Маевского имеет резьбу и размеры под трубу диаметра 15 мм или 20 мм. Устроен он просто:

• В теле корпуса клапана проделано 2 сквозных отверстия, которые в открытом положении крана Маевского сообщается с системой отопления.
• Закрывает эти отверстия винт на резьбе с конусным наконечником.
• Через небольшое (2 мм) отверстие, направленное вверх, происходит выброс воздуха.

Для того чтобы спустить воздух из системы следует открутить винт на 1,5-2 оборота. Воздух вырывается со свистом, поскольку коммуникации находятся под давлением. Окончание выхода воздушной пробки характеризуется падением напора и появлением воды.

Обратите внимание! Кран Маевского является простым и надёжным устройством для стравливания воздушных накоплений. Он не засоряется, не ломается, поскольку не имеет движущихся деталей. Его конструкция проста и надёжна.

На рынке можно найти несколько разновидностей крана Маевского, которые одинаковы по устройству, но отличаются способом регулирования запорного винта. Бывают:

• с удобной рукояткой для откручивания руками;
• с обычной головкой под плоскую отвёртку;
• с четырехгранной головкой под специальный ключ.

Для взрослого человека принцип откручивания запорного винта значения не имеет. Однако в доме, где есть дети, безопаснее использовать устройства, которые следует откручивать специальным приспособлением. Открутив обычный кран с удобной рукояткой, ребёнок может ошпариться кипятком.

Автоматический кран

Автоматический клапан для сброса воздуха устроен по принципу поплавковой камеры, конструкция включает:

• вертикальный корпус диаметром 15 мм;
• поплавок внутри корпуса;
• пружинный клапан с крышкой, который соединён и регулируется поплавком.

Работает автоматический воздушный клапан для отопительной системы без участия человека. В нормальном состоянии, когда воздух в системе отсутствует, поплавок прижат давлением жидкого наполнителя к крышке клапана. Крышка при этом плотно закрыта.

Рекомендуем ознакомиться: Фитинги для подключения полотенцесушителя

По мере накопления воздуха в теле клапана, поплавок опускается вниз. Как только он опустится до критической отметки, открывается пружинный клапан и стравливает наружу воздух. Под давлением носителя в системе пространство вновь заполняется жидкостью. Поплавок поднимается, закрывая крышку пружинного клапана.

Когда в коммуникациях отсутствует теплоноситель, поплавок лежит на дне клапана. По мере наполнения системы воздух выходит из крана непрерывным потоком, пока теплоноситель не достигнет поплавка.

Обратите внимание! Небольшое количество воздуха присутствует под крышкой автоматического крана постоянно. Это является нормой и никак не отражается на работе.

Различают следующие конфигурации автоматических воздушных клапанов для отопления:

• с вертикальным воздушным выбросом;
• с боковым выбросом воздуха (через специальный жиклёр);
• с нижним подключением;
• с угловым подключением.

Для дилетанта конструктивные особенности автоматического крана не имеют значения. Однако для профессионала разница для выбора между устройствами есть.

Считается что:

• устройство с жиклёром и боковым отверстием в эксплуатации надёжнее, чем автоматический клапан с вертикальным воздушным выбросом;
• клапан с нижним подключением эффективнее улавливает воздушные пузырьки, чем клапан с боковым монтажом.

Если конструкция крана Маевского не претерпевает изменений уже много лет, то устройство автоматических клапанов постоянно совершенствуется и дополняется.

Производители предлагают автоматические клапаны с дополнительными устройствами:

• с мембраной для защиты от гидроударов;
• с отсекающим клапаном, для удобства демонтажа устройства во время отопительного сезона;
• мини-клапаны.

Обратите внимание! Недостатком автоматического клапана является его быстрое загрязнение. Накипь, мусорная взвесь забивают внутренние, движущиеся части устройства. Это приводит к ослаблению эффективности его работы или полному выходу из строя.

Автоматические воздушные клапаны для отопления нуждаются в частом осмотре и очистке. К несомненным достоинствам данных устройств относят возможность их установки в труднодоступных местах.

Как работает клапан предохранительный мембранный

Основным элементом такой конструкции является мембрана. Принцип работы состоит в том, что при возникновении аварийного напора в трубах мембрана разрывается и производится сброс рабочей среды. Мембранные устройства просты в изготовлении, герметичны и быстро срабатывают.

Выбор аварийной арматуры

При проектировании системы водоснабжения, отопления или технологической установки необходимо четко определить предельные значения давления, допустимые для ее компонентов или участков сети. При этом учитываются такие параметры, как:

• производительность бойлера или главного насоса;
• объем и рабочая температура рабочей среды;
• особенности ее циркуляции.

Исходя их этого, определяют тип, сечение, пропускную способность, пороговое значение срабатывания, скорость срабатывания и время возвращения в исходное состояние, а также количество и места монтажа предохранительной арматуры.

В бытовых отопительных системах чаще всего применяются пружинные клапаны. Для жидкостных сред вполне достаточно использовать устройства низкого или среднего подъема. Пропускная способность должна обеспечивать быстрый сброс напора до допустимых величин.

Конструкция корпуса определяется местом сброса излишнего количества рабочей среды. Если она будет сбрасывать непосредственно в окружающую среду- достаточно клапана открытого типа. Если сброс должен происходить в дренаж- потребуется корпус с выходным патрубком соответствующего типа присоединения. Чаще всего используют резьбовой или ниппельное.

Ни в коем случае нельзя приобретать клапан с завышенным относительно расчетного порогом срабатывания. Такое устройство не откроется в нужный момент. Это может привести к повреждению оборудования или даже к полной аварии системы.

Принцип работы на котле

Предохранительные устройства котлов

Безопасность эксплуатации и надежность котельных сооружений напрямую зависит от предохранительных устройств, которыми оборудован котел. Предохранительные устройства котлов выбрасывают лишнюю рабочую среду за пределы оборудования, тем самым снижая в отопительной системе давление.

Принцип работы предохранительного клапана водонагревателя

При эксплуатации водонагревателя могут возникнуть аварийные ситуации – вследствие неправильного подключения системы, или технического брака. Для обеспечения надежности работы в систему вставляется предохранительный клапан. Он гарантирует надежную эксплуатацию бойлера и защиту от повреждения в случае внезапного изменения давления при сбое в работе.

Предохранительный клапана состоит из двух элементов: в прямом корпусе расположен обратный, а в его перпендикулярной части предохранительное устройство. Вода поступает в водонагреватель через обратный клапан.

В случае аварийного повышения давления внутри водонагревателя, излишки воды сбрасываются через штуцер в сливную магистраль. Сбоку предусмотрена рукоятка для выпуска воды в ручном режиме.

Устройство обратного клапана

Обратный клапан для водонагревателя служит для предотвращения утечки воды из бойлера, в случае если давлении в водопроводе падает или воду совсем отключают. При первичном заполнении емкости резервуара напор воды открывает пружину запорного элемента, и вода поступает в корпус. При наполнении давление внутри бойлера растет, и как только сравняется с водопроводным, тарельчатый запорный элемент перекрывает доступ воды из водопровода. После этого тэны производят нагрев воды до заданной температуры. Как только откроете кран горячей на раковине или в душе, давление внутри бойлера упадет и вода снова начнет поступать в бойлер.

Герметичность обратного гидроклапана имеет важное значение для обеспечения безопасности эксплуатации водонагревателя. В жилых домах нередки случаи, когда давление в сети падает или прекращается подача воды. При неисправности вода может вытечь из корпуса водонагревателя и тэны будет нагревать воздух внутри.

Если в водонагревателе не предусмотрена автоматика отключающая тэны при сухом нагреве, то это приведет к перегоранию и выходу из строя дорогостоящего оборудования. Особенно это опасно, если в этот момент начнется подача вода, которая попадая на раскаленные тэны, вызовет интенсивное парообразование, что может привести даже к взрыву.

Устройство предохранительной части

Когда мы включаем нагрев воды, то с ростом температуры растет и давление в бойлере. Как только давление превысит значение регулировки пружины в вертикальном ответвлении, клапан откроется и произойдет сброс избыточной воды через штуцер в сливную магистраль. Таким образом предохранительный клапан для водонагревателя, принцип работы которого основан на поддержании нормального давления, обеспечивает безопасное пользование устройством в домашних условиях.

Предохранительный клапан поставляется в комплекте вместе с бойлером. Параметры пружины отрегулированы на расчетное давление при котором происходит работа бройлера. Самостоятельно производить разборку и регулировку пружины категорически воспрещается.

Вы не сможете точно установить параметры, и ваш гидроклапан будет срабатывать или при малом давлении, или при большем, чем то, на которое рассчитана прочность корпуса. Если в первом случае особой опасности нет, просто сброс воды будет происходить раньше, чем она нагреется до заданной температуры.

Ну а во втором случае превышение давления может вызвать серьезные последствия.

Давление внутри сосуда может подняться до критического 5-6 атмосфер, происходит огромное накопление пара и взрыв.

Для перекрытия подачи воды запорный кран можно устанавливать непосредственно перед предохранительным клапаном для водонагревателя. Для сброса воды используют прозрачную пластиковую трубку, которую крепят к штуцеру с помощью хомута. Другой конец трубочки направляют в канализационную систему. Можно конечно поставить ведро для сбора воды, но этой емкости хватит лишь для сбора жидкости при подкапывании. При аварийном сбросе этой емкости может не хватить.

Подсоединение трубопровода от водопровода к предохранительному устройству можно производить гибким армированным шлангом, или с помощью полипропиленовых труб. Поскольку давление в водопроводной сети может без всякой причины повышаться, то можно установить редуктор, ограничивающий колебания напора воды.

Неплохо также установить в систему фильтр для очистки воды от загрязнений. Грязь попадая в бойлер оседает на тэнах и снижает их нагревательную способность. При замене предохранительного клапана, или его ремонте необходимо полностью сливать воду из нагревателя.

Для таких случаев между гидроклапаном и входом в бойлер устанавливают тройник. К тройнику подсоединяется запорный кран и трубопровод, который сливает воду в канализацию. При работе бойлера кран закрыт, а когда надо слить воду, то кран открывают и вода сливается. Такое же устройство устанавливается и на выходе горячей воды. Для защиты от не санкционированного открытия крана, лучше снять рукоятку и хранить ее отдельно.

Параметры правильной настройки клапана

Настраивать предохранительный клапан следует сразу же после его монтажа, а также после выполнения первичной промывки системы. Настройку параметров клапанной системы должен выполнять только специалист с надлежащей квалификацией. Суть данного процесса заключается в регулировании рабочего давления в системе. Для правильной работы предохранительного клапана следует отрегулировать чувствительность клапана к повышенным параметрам давления потока.

При выборе и настройке клапана необходимо обязательно учитывать плотность корпуса изделия, герметичность соединений в трубопроводе, а также возможное отклонение наклона затвора при полном закрытии и открытии клапанной задвижки.

Обслуживание и ремонт

Обслуживание редукторов требуется минимальное. Если изготовитель указал периодичность осмотра, то лучше соблюдать ее и в указанное время разбирать клапан проверять состояние его деталей и при необходимости заменять изношенные. Если на водопроводном редукторе стоят два манометра- до и после, то по их показаниям можно точнее определить время внепланового обслуживания устройства. Своевременное плановое обслуживание позволяет избежать внепланового, экстренного ремонта, вызванного поломкой.

Поломки, их причины и устранение

Чтобы уменьшить давление в водопроводе, ставится понижающий редуктор

Есть два варианта поломки: вода протекает все время либо перестает течь совсем. При обнаружении любой из них важно учесть, что стравливание жидкости в процессе ее нагревания – нормальное явление, так системе и положено работать. Ее допускается спускать при неработающем бойлере.

К примеру, клапанный механизм рассчитан на 6 Бар, а давление непосредственно в водопроводе – 7 бар. Пока оно не понизится, вода будет понемногу стравливаться. Если ситуация повторяется, потребуется поменять его или установить редуктор на вводе в квартиру или в дом.

Компактные модели редукторов допускается монтировать на вводе в бойлер.