Почему диаметр тарелок впускных клапанов больше чем выпускных: Впускной и выпускной клапан: описание, характеристика — Выкуп авто в Санкт-Петербурге, скупка автомобилей в любом состоянии в СПб срочно и дорого // РЕМАВТО

Содержание

Впускной и выпускной клапан: описание, характеристика

Главное отличие впускного клапана от выпускного — диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.

Все просто: количество воздуха (или топливовоздушной смеси) — одинаковое, а скорость — разная. Соответственно, там, где скорость ниже, отверстие шире, а закрывающая его тарелка — больше в диаметре.

Все это справедливо для тех клапанных механизмов, где впускных и выпускных клапанов — равное количество — по одному или по два. Впрочем, есть моторы с нечетным количеством клапанов: два впускных + один выпускной или три впускных + два выпускных. Тут все наоборот: диаметр тарелок выпускных клапанов будет больше, чем у впускных, ибо производитель компенсировал низкую скорость всасывания добавлением одного «лишнего» отверстия, а не увеличением диаметра. Подробнее о соотношении клапанов и цилиндров можно прочитать в соответствующей статье.

Второе важное отличие в конструкции клапанов — их рабочая температура. Впускные клапаны работают при 350-500 градусах, а вот выпускным тяжелее — раскаленные отработавшие газы нагревают их до 700-900 градусов. Поэтому, соответственно, выпускные клапаны часто делают более жаропрочными.

Головки (или тарелки) впускного и выпускного клапанов могут быть как одинакового диаметра, так и разного. (на автомобилях устаревших марок с малым перекрытием клапанов) -моё прим. Обычно головку впускного клапана делают большего диаметра для улучшения наполнения цилиндра. Например, размеры клапанов двигателя автомобиля ГАЗ-53А: диаметр головки впускного клапана 47 мм, а выпускного 36 мм. В дизеле КамАЗ-740 диаметр тарелки впускного клапана 51 мм, а выпускного 46 мм. Впускной большой выпускной маленький.

Выпускной клапан двигателя

Выпускной клапан — элемент ГРМ, при открытии которого происходит удаление (выпуск) отработавших газов из камеры сгорания двигателя. Выпуск газов происходит тогда, когда поршень в цилиндре двигателя направляется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ). В процессе работы двигателя выпускные клапаны подвергаются значительным термическим нагрузкам, так как постоянно контактируют с раскаленными отработавшими газами. Головка клапана при работе ДВС может разогреваться в пределах 600-800 градусов.

После окончания такта впуска и сжатия главным требованием в момент возгорания топлива в камере сгорания является максимальная герметичность. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Когда поршень принял на себя энергию расширяющихся газов после возгорания топливно-воздушной смеси, из камеры сгорания необходимо удалить эти отработавшие газы. Герметизация камеры на данном этапе уже не нужна. За удаление выхлопных газов в конструкции газораспределительного механизма отвечает выпускной тарельчатый клапан, который размещен в головке блока цилиндров (ГБЦ).

На такте впуска создается разряжение, а на такте выпуска в рабочей камере сгорания двигателя образуется повышенное давление. После сгорания смеси топлива и воздуха отработавшие газы покидают камеру сгорания через открывающийся в нужный момент выпускной клапан. Сила давления позволяет газам с легкостью выйти из рабочей камеры. Этим объясняется меньший размер тарелки выпускного клапана сравнительно с тарелкой впускного клапана. На такте впуска разрежение по своей силе меньше давления на выпуске. Выхлопные газы практически выталкиваются наружу через открытый выпускной клапан.

Эффективная герметизация камеры сгорания стала возможна благодаря использованию тарельчатых клапанов в конструкции ГРМ современных ДВС. Устройство клапана простое, элемент имеет тарелку и стержень. Фаска плавно переходит в стержень, что делает клапан достаточно прочным. Коническая форма перехода заметно снижает сопротивление выхлопных газов при выходе из камеры, а также дополнительно улучшает герметизацию.

Открытие выпускного клапана происходит благодаря полученному усилию от кулачка распределительного вала. Стержень (шток) клапана находится в направляющей втулке клапана, которая запрессована в ГБЦ. Кулачок распредвала нажимает прямо на шток клапана или на рокера, от которого усилие передается на стержень. В ГБЦ также размещено седло клапана. Седло клапана представляет собой углубление, которое по своей форме соответствует верхней части тарелки клапана. Тарелка клапана и седло клапана с филигранной точностью прижимаются друг к другу. Данное решение позволяет обеспечить максимальную герметичность в тот момент, когда закрыты впускной и выпускной клапаны. Главной задачей становится исключить прорыв газов из камеры сгорания.

На верхней части стержня клапана выполнена специальная выточка. Указанная выточка является местом установки «сухаря». Данный «сухарь» представляет собой коническое кольцо, которое разрезано на две равных части. Решение необходимо для крепления тарелки пружины клапана. Если открытие клапана осуществляется за счет «толчка» от кулачка распредвала, то закрытие клапана реализовано посредством усилия пружины клапана. Указанная пружина закрывает клапан, плотно прижимая тарелку к седлу. Дополнительно имеется механизм, который осуществляет проворачивание клапана. Это необходимо для равномерного износа клапана и очистки клапана от нагара.

Выпускной клапан работает в крайне сложных условиях. Отработавшие газы вызывают сильную коррозию выпускных клапанов. Если топливо сгорает в камере не полностью, тогда это может привести к прогару клапана. Регулировка клапанного механизма является важной процедурой в процессе эксплуатации ДВС. Раннее закрытие выпускного клапана может привести к быстрому его прогару.

В процессе эксплуатации любого ДВС тарелка клапана и седло покрываются нагаром. Избежать нагара на клапанах практически не представляется возможным. Наличие нагара вызывает постоянный перегрев выпускного клапана. Рано или поздно опорная поверхность клапана начинает выгорать, что приводит к потере герметичности в камере сгорания. Результатом становится прогрессирующая потеря мощности ДВС, затрудненный пуск и т.д.

Появившиеся от перегрева микротрещины на тарелке клапана постепенно увеличиваются, так как раскаленные газы под давлением начинают прорываться наружу из камеры сгорания. Головка клапана в таких условиях деформируется и далее разрушается. Выход клапана из строя фактически означает полную потерю цилиндром двигателя своей функциональности. После замены обязательно требуется притирка клапана к седлу для максимально точного прилегания. Игнорирование процедуры или некачественное выполнение притирки клапанов приведет к быстрому выходу нового клапана из строя.

Вполне очевидно, что перегрев является серьезной проблемой выпускных клапанов. Для изготовления выпускного клапана используется особая хромоникельмолибденовая сталь. Основой является никель, который повышает устойчивость выпускного клапана к механическому разрушению. Сталь для изготовления клапанов отличается высокой жаропрочностью.

Следующим шагом по снижению термонагруженности выпускного клапана становится его конструкция, которая отличается от устройства впускных клапанов.

Стержень выпускного клапана полый, полость заполнена металлическим натрием. Натрий расплавляется и перетекает внутри стержня клапана, что позволяет улучшить теплообмен и равномерно распределить нагрев.

Выпускной клапан также может иметь дополнительную защиту, которая способна значительно продлить срок службы элемента. Единственным недостатком можно считать конечное удорожание производства детали.

Среди наиболее распространенных способов защиты отмечены:

лазерное легирование;
метод плазменно-порошковой наплавки;
наплавка токами высокой частоты;

Плазменно-порошковая наплавка считается одним из наиболее экономически и практически оправданных решений. Для такой наплавки используют различные металлические порошки, в основе которых лежит кобальт или никель. Технологии нанесения покрытия разные, но главной задачей каждого из указанных способов становится наплавление тонкого слоя защиты на поверхность клапана для повышения износостойкости, устойчивости к появлению коррозионных процессов и механическому разрушению.

Впускной клапан двигателя

Впускной клапан — элемент механизма газораспределения ДВС, который отвечает за пропуск в рабочую камеру сгорания топливно-воздушной смеси или только воздуха (для дизельных ДВС или моторов с непосредственным впрыском). Впускной клапан ГРМ осуществляет открытие доступа в цилиндр двигателя, а затем перекрывает доступ перед тем моментом, когда начнется такт сжатия.

Впускные клапаны изготавливают из особой стали. К такой стали для изготовления клапанов двигателя внутреннего сгорания выдвигаются отдельные требования:

высокая твердость поверхности;
достаточная теплопроводность материала;
узкий коэффициент термического расширения;
противостояние разъедающему влиянию продуктов сгорания;
возможность противостоять регулярным динамическим нагрузкам при высоком нагреве;

Дополнительные требования к стали для клапанов предполагают отсутствие эффекта закаливания в момент охлаждения клапана после работы в условиях высоких температур. Это означает, что при остывании сталь не должна становится хрупкой. Данным требованиям на 100% не соответствует ни одна из разработанных сегодня марок стали.

Клапаны ДВС изготавливают из высоколегированных сильхромов, что позволяет указанной детали работать в условиях высочайшего нагрева. Такой подход обеспечил нужную прочность клапана, а также возможность элемента противостоять коррозионным процессам, которые активно прогрессируют в среде его работы при высоких температурах около 600 — 800 °C.

Клапаны размещают под определенным углом (30-45 градусов) по отношению к вертикальной оси. Отличием впускного клапана от выпускного является то, что его тарелка имеет больший диаметр сравнительно с тарелкой выпускного клапана. Такое различие вызвано тем, что момент открытия впускного клапана происходит именно тогда, кода в камере сгорания появляется разрежение. В момент выпуска в цилиндре имеет место повышение давления.

Разрежение в цилиндре на впуске уступает давлению по силе на такте выпуска. Для максимально качественного и полного наполнения рабочей топливно-воздушной смесью на впуске необходимы клапана с большей пропускной способностью. Такая пропускная способность реализована посредством увеличения диаметра тарелки впускного клапана или количества впускных клапанов.

Тарелка впускного клапана со стороны рабочей камеры сгорания плоская, а со стороны распределительного вала получает форму конуса. Данный конус еще называется фаской. В момент закрытия впускного клапана фаска прилегает к седлу клапана, которое также представляет собой коническое отверстие в ГБЦ.

Точность посадки впускного клапана обеспечена благодаря использованию направляющей втулки. В указанную втулку вставляется стержень клапана, а сама втулка называется направляющей клапана. Направляющие клапанов запрессованы в корпус ГБЦ, а также дополнительно зафиксированы посредством стопорного кольца.

Современные силовые агрегаты имеют тенденцию к увеличению количества впускных клапанов на цилиндр для улучшения пропускной способности, повышения эффективности наполнения цилиндра рабочей топливно-воздушной смесью и улучшения мощностных и других характеристик ДВС.

Клапан получает внутреннюю и наружную пружины. Данные цилиндрические пружины закрепляют на стержне клапана. Открытие впускного клапана на такте впуска становится возможным благодаря тому, что усилие от кулачка распределительного вала передается на рокера (толкатель). Конструкция современных ДВС подразумевает прямое воздействие кулачка распредвала на клапан. Пружины клапана плотно закрывают (прижимают) клапан обратно после того, как рокер сбегает с толкателя или стержень клапана прекращает контактировать с кулачком распредвала.

Между распределительным валом (его кулачком) и стержнем клапана (его торцевой частью) имеется конструктивный зазор. Такой зазор (может находиться на отметке 0,3-0,05 мм) создан для компенсации теплового расширения впускного клапана.

Открытие и закрытие впускных клапанов в четко определенный момент становится возможным благодаря угловому положению распредвала, которое в точности совпадает с аналогичным положением коленчатого вала ДВС. Получается, положение распредвала в момент открытия впускных клапанов строго соответствует положению коленвала. Конструкции двигателей могут отличаться, количество распредвалов может быть разным.

Впускной клапан начинает приоткрываться немного раньше того момента, когда поршень окажется в ВМТ (высшая мертвая точка). Это означает, что в самом начале такта впуска (когда поршень начинает опускаться вниз), впускной клапан уже немного открыт. Такое решение называется опережением открытия клапана. Различные модели силовых агрегатов имеют разное опережение, а рамки колебаний находятся в пределах от 5-и до 30-и градусов.

Закрытие впускного клапана осуществляется с небольшой задержкой. Клапан закрывается в тот момент, когда поршень в цилиндре оказывается в нижней мертвой точке и далее начинается движение вверх. Цилиндр продолжает наполняться и после начала движения поршня вверх. Такое явление происходит в результате инерционного движения во впускном коллекторе.

Основными неисправностями, которые напрямую связаны с клапанами ДВС, являются: загибание клапанов, зарастание клапанов нагаром и прогар клапана. Загибание клапанов чаще всего происходит по причине обрыва ремня ГРМ. Не менее часто гнет клапана и при неправильно выставленных метках в процессе замены приводного ремня ГРМ. Менять ремень ГРМ и выставлять метки на шкивах распредвала и коленвала нужно с повышенным вниманием.

Неисправностью клапанного механизма становится образование нагара на впускных и выпускных клапанах, что проявляется в повышенном шуме в процессе работы и падении мощности ДВС. Характерно появление металлического стука в области клапанной крышки на ГБЦ, а также проблемы с клапанами выявляют по хлопкам во впускном и выпускном коллекторе.

Нагар на клапанах и седлах не позволяет элементам плотно прилегать друг к другу, что ведет к потере необходимого показателя компрессии в двигателе. Снижение компрессии означает потерю мощности ДВС. Сильный нагар также приводит к перегреву и прогару клапана.

Неисправность пружин клапана может привести к деформации ГБЦ и заеданию стержня в направляющей клапана. Неправильный тепловой зазор между рычагом и стержнем приводит к сильному стуку клапанов. В таком случае необходимо немедленно заниматься выставлением требуемого производителем теплового зазора. Автолюбители называют эту процедуру регулировкой клапанов. Регулировать клапана нужно с определенной периодичностью в процессе эксплуатации мотора, а также если указанная возможность отрегулировать клапана двигателя изначально предусмотрена конструктивно.

Впускной клапан

Впускной клапан газораспределительного механизма открывает доступ в цилиндр топливо-воздушной смеси и прекращает доступ перед началом такта сжатия. В случае с дизельным двигателем клапан пропускает в камеру сгорания только воздух.

При обрыве ремня ГРМ впускные клапана «зависают», так как распредвал перестает вращаться. Тарелки клапанов, оказавшихся открытыми, ударяются о поверхность цилиндра

Клапана располагаются под углом от 30 до 45 градусов относительно вертикальной оси. Тарелка впускного клапана больше, чем у выпускного. Разница обусловлена тем, что в момент открытия впускного клапана в камере сгорания образуется разрежение, а в момент выпуска — повышенное давление. Сила разрежения ниже силы давления, поэтому для впуска требуются клапана с большей поверхностью головки, чтобы обеспечить пропускание необходимого объема топливо-воздушной смеси.

Устройство впускного клапана

Состоит клапан из тарелки и стержня. Плоская со стороны камеры сгорания тарелка впускного клапана имеет конусную форму со стороны распредвала (фаску). При полном закрытии она плотно прилегает к «седлу» (коническому отверстию) в головке блока цилиндров. Точную посадку впускного клапана обеспечивает направляющая втулка, в которой перемещается стержень клапана. Она запрессована в корпус головки блока цилиндров и зафиксирована стопорным кольцом.

Современная тенденция в конструировании ГРМ — увеличение количества впускных клапанов на один цилиндр. Это позволяет увеличить пропускную способность цилиндра и повысить мощность двигателя

Впускной клапан имеет внутреннюю и наружную цилиндрические пружины, которые крепятся на стержне клапана.

В действие впускной клапан приводится рычагом (рокером) от кулачка распределительного вала, или, в большинстве современных двигателей непосредственно давлением кулачка. Пружина обеспечивает постоянный контакт стержня впускного клапана с концом рокера или с кулачком.

Между кулачком распределительного вала и торцом стержня клапана конструктивно закладывается зазор. Это дает возможность компенсировать тепловое расширение впускного клапана. Величина такого зазора составляет 0,3-0,05 мм.

Принцип работы впускного клапана

Своевременное открытие и закрытие впускного клапана обеспечивает угловое положение распределительного вала, точно синхронизированного с таким же угловым положением коленчатого вала. То есть, угловое положение одного строго соответствует определенному угловому положению другого.

В зависимости от модели двигателя, впускных клапанов может быть и несколько на один цилиндр.

Для радикального изменения опережения открытия клапанов необходимо приобрести комплект спортивных распредвалов

Прежде, чем поршень достигнет высшей мертвой точки, начинает открываться впускной клапан — то есть, при такте впуска, к началу движения поршня вниз, клапан уже приоткрыт. Для разных моделей двигателей существует свое опережение открытия клапана. Пределы колебаний составляют 5-30 градусов.

А вот закрытие впускного клапана происходит с некоторой задержкой, после того как поршень достигает нижней мертвой точки и начинает движение вверх. Заполнение цилиндра продолжается даже после начала движения. Это происходит вследствие инерции во впускном коллекторе.

Характерные поломки впускных клапанов

Безусловно, самой распространенной поломкой клапанов необходимо признать их загибание в результате обрыва ремня ГРМ. То же самое может произойти и без обрыва, если заменой ремня занимался непрофессионал, ошибочно выставивший метки на шкивах коленвала и распредвала (или распредвалов). Особенно опасны обрывы для современных сложных двигателей, оснащенных механизмом изменяемых фаз газораспределения и прочими высокотехнологичными системами.

Еще одна распространенная неисправность клапанного механизма зарастание впускных и выпускных клапанов нагаром. Как правило, определить проблему можно на достаточно ранней стадии по снижению мощности и хлопкам во впускном и выпускном трубопроводах, металлическому стуку в головке блока цилиндров и падению мощности двигателя.

Отложение нагара на седлах и клапанах препятствует их плотному прилеганию и уменьшает компрессию. Вследствие этого уменьшается и мощность двигателя. Поломки пружин могут вызвать неплотное прилегание клапана к седлу и приводить к деформации головки блока цилиндров, образованию раковин или заеданию стержня. Большой тепловой зазор между рычагом и стержнем клапана также ведет к появлению резкого металлического стука и падению мощности двигателя.

Материалы для производства клапанов

Для изготовления впускных клапанов используется хромистая сталь, обладающая стойкостью против коррозии в газовых средах при температурах свыше 550 °C. Этот вид стали достаточно хрупок.

Впускные и выпускные клапаны автомобильных двигателей имеют тарельчатую форму. Клапан открывается под действием клапанного механизма, управляемого эксцентриковым кулачком. Работа кулачка синхронизирована с положением поршня и периодом вращения коленчатого вала.

В связи с этим они изготавливаются из более стойких материалов, чем впускные клапаны, и соответственно стоят дороже.

Направляющая втулка клапана расположена соосно с седлом клапана, так чтобы между рабочей фаской клапана и седлом обеспечивался герметичный газонепроницаемый контакт. Рабочая фаска клапана и седло скошены под углом 30° или 45°. Это номинальные значения угла фаски. Фактические значения могут на один-два градуса отличаться от номинальных. Клапаны и седла клапанов, используемые в большинстве двигателей, имеют номинальный угол фаски, равный 45°. Клапан прижимается к седлу под действием пружины. Пружина удерживается на стержне клапана (некоторые автомеханики называют его штоком клапана) опорной тарелкой пружины, которая, в свою очередь, контрится на стержне клапана замком (сухариками). Для демонтажа клапана необходимо сжать пружину и снять сухарики. После этого можно снять пружину, манжету, и вынуть клапан из головки.

Всесторонние испытания показали, что между различными геометрическими параметрами клапанов существуют оптимальные соотношения. В двигателях с цилиндрами внутренним диаметром от 3 до 8 дюймов (от 80 до 200 мм) для впускного клапана оптимальным будет диаметр головки, составляющий приблизительно 45% внутреннего диаметра цилиндра. Оптимальный диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 38% внутреннего диаметра цилиндра. Впускной клапан должен быть больше по размеру, чем выпускной, чтобы пропускать ту же массу газа. Больший по размеру впускной клапан управляет низкоскоростным потоком разреженного газа. В то же время выпускной клапан управляет высокоскоростным потоком сжатого газа. С таким потоком в состоянии справиться клапан меньшего размера. Вследствие этого диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 85% диаметра головки впускного клапана. Для нормального функционирования диаметр головки клапана должен составлять приблизительно 115% диаметра клапанного окна. Клапан должен быть достаточно большим, чтобы перекрывать окно. Высота подъема клапана над седлом составляет примерно 25% диаметра головки.

Конструкции клапанов автомобиля

Головки клапанов авто (автомеханики часто называют их тарелками) могут иметь различную конструкцию, они могут быть как жесткими, так и эластичными. Жесткая головка обладает высокой прочностью, сохраняет форму и обладает высокой теплопроводностью. Она также отличается более высокой износоустойчивостью. Эластичная головка, в свою очередь, способна приспосабливаться к форме седла. Поэтому эластичный клапан надежно запечатывает окно, но перегревается, а изгибы при посадке в седло, когда клапан адаптируется к его форме, могут привести к его разрушению. В конструкции клапанов широко используется головка, над лицевой поверхностью которой выступает небольшая шляпка. Такой клапан обладает достаточно небольшим весом, высокой прочностью и теплопередачей, и чуть более высокой ценой. Эластичные головки чаще встречаются у впускных клапанов, а жесткие — у выпускных.

Попадание холодного воздуха на горячие выпускные клапаны сразу после остановки двигателя может привести к серьезным повреждениям клапанов. В двигателях, оснащенных выпускными коллекторными головками и/или прямоточными глушителями, холодному воздуху открыт прямой доступ к выпускным клапанам. Резкое охлаждение может вызвать коробление и/или образование трещин в клапане. В холодную ветреную погоду, когда ветер вдувает холодный наружный воздух прямо в систему выпуска отработавших газов, такие условия — не редкость. Противоточные глушители с длинными выхлопными трубами и каталитическим нейтрализатором отработавших газов снижают опасность возникновения такой ситуации.

Материалы из которых изготавливаются клапаны

Сплавы, материалы из которых изготавливаются выпускные клапаны автомобиля, состоят главным образом из хрома, обеспечивающего высокую жаростойкость, с небольшими добавками никеля, марганца и азотных соединений. Если требуется придать клапану особые характеристики, то он подвергается термообработке. Если конструкция клапана из однородного материала не может обеспечить необходимую прочность и жаростойкость, то его изготавливают сварным — из двух различных материалов. После обработки место соединения частей клапана невозможно различить. Головки клапанов изготавливаются из специальных сплавов, обладающих жаростойкостью, прочностью, коррозионной стойкостью, стойкостью к воздействию окиси свинца и высокой твердостью. Головки привариваются к стержням, изготовленным из материалов, обладающих высокой износостойкостью. В клапанах, предназначенных для работы в особо тяжелых условиях, на рабочую фаску головки и верхушку стержня впускного клапана автомобиля направляются твердосплавные материалы типа стеллита. Стеллит представляет собой сплав никеля, хрома и вольфрама и является немагнитным материалом. В тех случаях, когда необходимо повысить коррозионную стойкость, клапан алитируется. Алитирование рабочей фаски снижает ее износ при использовании неэтилированного бензина. На поверхности клапана формируется пленка окиси алюминия, предотвращающая приваривание стальной фаски клапана к чугунному седлу.

Клапаны с полым стержнем и деформацией седла

В некоторых типах особо мощных двигателей используются выпускные клапаны с полым стержнем, заполненным металлическим натрием. Натрий при нагреве клапана до рабочей температуры расплавляется, превращаясь в жидкость. Этот расплав плещется в канале стержня и отводит тепло от головки клапана в стержень. Далее тепло передается через направляющую втулку клапана и поглощается системой охлаждения. Монолитная конструкция впускного и выпускного клапана при правильном выборе материалов обеспечивает, как правило, хорошие эксплуатационные характеристики автомобильных двигателей.

Клапан прижимается к седлу рабочей фаской, герметично закрывая камеру сгорания. Седло обычно формируется как элемент конструкции в отливке чугунной головки блока цилиндров — такое седло называется встроенным седлом. Седла обычно подвергаются индукционной закалке, чтобы можно было использовать неэтилированный бензин. Это обеспечивает замедление износа седел в процессе эксплуатации двигателя. В процессе износа седла клапан все глубже садится в него — утапливается. В тех случаях, когда коррозионная стойкость и износостойкость должны быть особенно высокими, всегда используются вставные седла. В алюминиевых головках седла и направляющие втулки клапанов — только вставные. Необходимо отметить, что в алюминиевых головках рабочая температура седел выпускных клапанов на 180°Ф (100°С) ниже, чем в чугунных. Вставные седла используются в качестве спасительной меры при восстановлении сильно поврежденных встроенных седел клапанов.

Деформация седла является основной причиной преждевременного выхода из строя клапанов. Деформация седла клапана может быть обратимой — как результат воздействия высокой температуры и давления, или необратимой — как результат действия внутренних механических напряжений. Механическое напряжение — это сила, действующая на тело, которая стремится изменить его форму.

Впускные и выпускные клапаны

Выпускные клапаны

Пружина с переменным шагом навивки

Наружная пружина

Впускной клапан большого диаметра — увеличение количества впускаемого воздуха

Внутренняя пружина

Диаметр клапана

Направл. втулка

Маслоотражательный колпачок

Впускные клапаны

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Двойная пружина

В четырехтактных бензиновых и дизельных двигателях клапаны располагаются в головке цилиндров. Через впускные клапаны проходит только смесь воздуха и топлива, поэтому они подвергаются воздействию более низких температур, чем выпускные клапаны. У впускного клапана тарелку делают большего диаметра, чем у выпускного, так как давление на впуске меньше давления на выпуске. Двигатели разных моделей отличаются количеством клапанов. Двигателям с двумя и более впускными клапанами свойственно лучшее наполнение цилиндров. Дополнительный впускной клапан увеличивает проходное сечение впускных каналов, следовательно, в цилиндр поступает больше топливовоздушной смеси. То же самое касается и выпускных клапанов: два клапана на выпуске позволяют увеличить выпускные каналы, что облегчает выход отработавших газов из цилиндра. Клапан подвергается очень значительным нагрузкам даже при нормальном режиме работы двигателя. Для повышения стойкости клапана к износу, прожиганию и коррозии его поверхность подвергается специальной обработке. Так, например, впускные клапаны изготавливаются из стали с хромом или кремнием для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости или магния и никеля для повышения прочности. Выпускные клапаны сделаны из сплавов на основе никеля. Клапан состоит из двух частей: стержня и тарелки. Клапан установлен в отверстии в головке цилиндров. Тарелка плотно прилегает к седлу. В процессе работы головка цилиндров нагревает седло. Часть тепла передается стержню клапана, а от него — направляющей втулке, поэтому стержень является самой холодной частью клапана. Седло клапана и направляющая втулка охлаждаются жидкостью, протекающей по рубашке вокруг впускных каналов. Открываясь и закрываясь, клапан поворачивается на небольшой угол, поэтому каждый раз он садится на новое место.

Пружина с переменным шагом навивки

Наружная пружина

Впускной клапан большого диаметра — увеличение количества впускаемого воздуха

Внутренняя пружина

Диаметр клапана

Направл. втулка

Маслоотражательный колпачок

Впускные клапаны

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Двойная пружина

Благодаря этому на фаске и седле клапана не оседает нагар. Кроме того, это предотвращает заклинивание клапана в направляющей втулке и равномерно распределяет тепло по всему седлу. Клапан перемещается в направляющей втулке и полностью концентричен седлу. Направляющая втулка представляет собой полую цилиндрическую деталь. Сначала в головке блока цилиндров сверлятся отверстия, а затем в них запрессовываются направляющие втулки. В головку цилиндра из алюминиевого сплава необходимо вставить чугунные направляющие втулки, в противном случае добиться необходимой контактной поверхности для стержня клапана будет невозможно. В большинстве двигателей используются сменные направляющие втулки, запрессованные в отверстия в головке цилиндров. В некоторых двигателях направляющие втулки отлиты в головке цилиндров. Затем в них просверливается отверстие, соответствующее диаметру стержня клапана. В верхней части направляющей втулки имеется маслоотражательный колпачок. Клапанная пружина обеспечивает закрытие клапана и плотное прилегание тарелки к седлу для предотвращения утечек газов. Используются клапанные пружины двух типов: пружины с переменным шагом навивки и двойные пружины.

Узнать еще:

Лучший ответ: Что больше впускной или выпускной клапан?

Главное отличие впускного клапана от выпускного — диаметр тарелки: у впускного она больше.

Как отличить впускной и выпускной клапан?

Отличием впускного клапана от выпускного является то, что его тарелка имеет больший диаметр сравнительно с тарелкой выпускного клапана. Такое различие вызвано тем, что момент открытия впускного клапана происходит именно тогда, кода в камере сгорания появляется разрежение.

Где впускной клапан?

Впускной клапан обычно размещается в головке цилиндров, а выпускнойв блоке цилиндров двигателя. При этом проходное отверстие клапана значительно увеличивается, что позволяет форсировать двигатель, но значительно усложняется привод клапанов.

Что такое впускной и выпускной клапан?

Впускной клапан подает топливо в камеру сгорания, а выпускной позволяет выходить газам, которые образовались после сгорания топлива.

Как открывается впускной клапан?

Впускной клапан открывается с опережением в конце такта выпуска, когда поршень не доходит до ВМТ у разных двигателей в пределах 12—30°, а закрывается с запаздыванием в начале такта сжатия, когда поршень отойдет от НМТ на 40—70°.

Почему впускной клапан больше чем выпускной?

Что такое выпускной клапан?

Клапан выпускной, — металлический клапан, начальная точка системы выпуска. Благодаря работе выпускного клапана, сгоревшая воздушно-топливная смесь, в виде отработанных газов, покидает камеру сгорания. Открытие и закрытие выпускного клапана регулируется распределительным валом.

Куда вставляются клапана?

Как работает заливной клапан унитаза?

Принцип работы заливного клапана основывается на действии поплавка, который, при заполнении бачка водой, поднимается и через штангу приводит в движение клапан. … В случае неисправности впускного клапана верхушка оказывается ниже уровня воды, и тогда лишняя жидкость попадает в трубку и сливается в унитаз.

Почему на клапане устанавливают две пружины?

Если сделать одну пружину с усилием, равным усилию существующих двух, ее габариты будут огромны. Поэтому подбирают две. И второе, для безопасности — при поломке одной, вторая удержит клапан от падения в цилиндр. Обе одновременно никогда не ломаются.

Как работает выпускной клапан?

Принцип работы выпускного клапана

Выпускной клапан открывается от усилия кулачка распределительного вала. Возвратно-поступательные движения шток клапан совершает во втулке, запрессованной в головку блока цилиндров. В головке же находится и седло клапана.

Чем отличается впускной коллектор от выпускного?

Коллектор – это часть впускного или выпускного тракта систем автомобиля. Обычно «впускной» служит для подвода и смешения топливной смеси до цилиндров двигателя, а вот «выпускной» наоборот отводит уже сгоревшие газы в катализатор, и после в глушитель.

Для чего нужен зазор между стержнем клапана и коромыслом?

Для предотвращения этих явлений кинематическую цепь привода клапана при его закрытом состоянии размыкают, т. е- устанавливают зазоры — между торцом клапана и деталью привода, воздействующей на клапан (коромыслом или толкателем).

Как открывается клапан?

Клапаны открываются и закрываются в результате воздействия кулачков распределительного вала на толкатели, штанги толкателей и клапанные рычаги («коромысла»). … После того как кулачок проходит толкатель, клапанная пружина воздействует на клапан, и далее на клапанный рычаг, штангу толкателя и толкатель.

Как работает клапан в двигателе?

Когда толкатель давит на кулачок, он задействует коромысло, которое ослабляет пружину и открывает клапан. При дальнейшем вращении контура пружина возвращается в первоначальное положение, и клапан закрывается. Такая конструкция характерна для двигателя с верхним расположением клапанов в головке цилиндра.

Как открываются и закрываются клапаны?

Клапаны направляют ток крови в сердце. Когда предсердия сокращаются, трехстворчатый и митральный клапаны открываются и позволяют крови заполнять желудочки. В момент сокращения желудочков митральный и трикуспидальный клапаны закрываются, а клапан легочной артерии и аортальный – под давлением крови открываются.

Как выбрать впускные и выпускные клапаны

Клапаны – это небольшие металлические изделия в составе системы газораспределения двигателя, ответственные за регулирование подачи горючей смеси и выпуск т.н. отработавших газов, в народе называемые выхлопом. Несмотря на простоту конструкции, клапаны бывает сложно подобрать, особенно если они требуется для тюнинга двигателя. Сегодня Avto.pro разберется с конструкцией впускных и выпускных клапанов, их назначением, особенностями эксплуатации, наиболее частыми неисправностями, а также методиками выбора.

Материалы и конструктивные особенности

В общем виде впускные и выпускные клапаны представляют собой стальную тарелку с длинным стержнем (штоком). По причине того, что клапаны подвергаются огромным тепловым и механическим перегрузкам, требования к материалам и технологиям их обработки довольно высоки. Изделия должны обладать следующими свойствами:

Высокая теплопроводность;
Высокая твердость;
Узкий коэффициент термического расширения;
Способность противостоять действию продуктов сгорания и динамическим нагрузкам при нагреве.

В тандеме с клапанами работают пружины, отвечающие за возврат клапана в седло после снятие нагрузки от распредвала и его удержания в закрытом положении, т.е. обеспечения плотной посадки. Также в газораспределительном механизме имеются направляющие втулки, дающие клапанам верное направления для совершения возвратно-поступательных движений. Обычно направляющие втулки имеют форму разборной муфты для более простой выпрессовки и запрессовки по необходимости. В отдельных случаях втулки являются одним целым с головкой цилиндра.

Сегодня на изготовление клапанов обычно идут высоколегированные сильхромы и аустенитные стали, устойчивые к экстремальным нагревам при температурах 350-900°C (зависит от типа клапана). Изделия не закаливаются, так как это повышает хрупкость материала. Сразу отметим, что фактически материалам клапанов столь высоки, что полностью им не соответствует ни одна из марок стали. Впрочем, качественные изделия достаточно живучи для того, чтобы прослужить столько же, сколько обычно служит двигатель автомобиля в принципе. При описании геометрии, конструктивных элементов и особенностях изготовления клапанов учитывают:

Общую длину L, диаметр тарелки D, диаметр стержня d, угол гантели и угол посадки α;
Общую толщину тарелки, высоту края тарелки и высоту седла;
Наличие выемки в тарелке и канавки в стержне;
Особенности закалки конца стержня.

Впускные и выпускные клапаны имеют отличную геометрию и не являются взаимозаменяемыми. Основное отличие – диаметр тарелки D – тяжело заметить невооруженным взглядом. Также могут незначительно отличаться длины стержней. Пример геометрии (1 – впускной клапан; 2 – выпускной): 1) D = 29 mm, L = 91,3 mm; 2) D = 25 mm, L = 90,2 mm. Однако есть исключение. В большинстве газораспределительных систем общее число клапанов является четным числом. Если число нечетное, то у выпускных клапанов будут тарелки больше диаметра, нежели у впускных. По этой причине при поиске запчастей для ремонта двигателя водителю необходимо проверять коды, уточнять совместимость и изучать геометрические параметры, если они есть в описании изделий.

Назначение и особенности впускных и выпускных клапанов

Во вступлении мы указали, каково назначение клапанов отдельных типов, однако в данном разделе этот момент будет разобран в подробностях. Начнем с выпускного клапана. Для лучшего понимания всего, что будет описано дальше, рекомендуем автолюбителям ознакомиться с понятием фаз газораспределения. Выпускные клапаны ответственно за удаление уже отработавших газов из камер сгорания мотора. Выпуск происходит в тот момент, когда поршень направляется от т.н. нижней мертвой точки к верхней мертвой точки. Так как температура газов и перепады давлений особенно велики, выпускные клапаны должны иметь больший запас прочности, нежели впускные. Производители защищают изделия при помощи:

Плазменно-порошковой наплавки;
Лазерного легирования;
Наплавки при помощи токов высокой частоты.

Для наплавки используются составы, включающие порошки кобальта или никеля. Наплавка позволяет создать тонкий защитный слой из указанных материалов, которые обеспечивают лучшую коррозионную защиту изделий, их лучшую устойчивость к механическим воздействиям и перепадам температур.

Теперь объясним, чем обусловлены столь высокие требования именно к выпускным клапанам и почему они имеют тарелки меньшего диаметра. Как только такт впуска сжатия подошел к концу, камера сгорания должна быть герметичной (клапаны закрыты). Происходит возгорание смеси, после которого отработавшие газы нужно оперативно удалить. Размещенный в головке блока цилиндров тарельчатый выпускной клапан берет эту задачу на себя. Давление в камере велико, так что отработавшие газы быстро проходят через клапан, получающий усилие от кулачка распредвала – его не нужно оснащать тарелкой большого диаметра, ведь газы фактически выталкиваются сами собой. Теперь мы можем сформулировать еще одно требования к такому клапану: точное соответствие геометрии тарелки геометрии седла. Если они не будут прижиматься друг к другу в нужный момент, то камера не будет герметизироваться. Как результат, отработавшие газы начнут прорываться через клапан.

В дальнейшем мы выделим неисправности клапанов в отдельных раздел, однако эксперты Avto.pro считают нужным сразу рассказать читателям, чем обусловлен выход из строя выпускных клапанов. Дело в том, что клапаны постепенно покрываются нагаром. Сильнее всего страдают тарелки, особенно если топливовоздушная смесь переобогащена и не сгорает полностью. Тарелка также может перегреваться. Она не оплавляется и практически не деформируется – следствие правильного подбора марки стали и технологии производства, – но вот предотвратить появление микротрещин на тарелке невозможно. Со временем именно они станут причиной потери герметичности и прорывом отработавших газов. Еще один момент: если выпускные клапаны не притираются к седлам должным образом, то герметичность также будет нарушена.

Как читатель уже наверняка догадался, впускные клапаны отвечают за пропуск в рабочие камеры сгорания или топливоздушной смеси, или одного только воздуха, что справедливо для дизеля и двигателей с непосредственным впрыском. Именно эти клапаны дают смеси и воздуху попасть в камеры, а затем герметизируют их перед началом такта сжатия. Работа впускных клапанов определяется угловым опережением распредвала. Впускные клапаны омываются свежим зарядом, а также находятся в относительно легких температурных условиях, так что требования к материалам для их изготовления не столь жесткие. Стоит добавить, что клапаны снабжают т.н. маслосъемными колпачками, о которых мы писали в данном материале. Колпачки не дают маслу попасть в камеру сгорания через образующийся в период такта впуска зазор.

Коротко о тепловом зазоре

Распределительный вал двигателя действует на клапаны кулачком или через т.н. коромысла. Здесь есть одна интересная особенность: металл расширяется при нагреве, а значит, клапан может удлиняться по ходу прогрева двигателя. В результате изменения геометрии клапана появляется тепловой зазор, который необходимо регулировать – он не должен быть слишком большим или малым. Это называется регулировкой теплового зазора клапана. Нормальная величина зазора на холодном двигателе составляет:

Выпускные клапаны – 0,35-0,40 mm;
Впускной клапан – 0,25-0,30 mm.

На морально устаревших моделях двигателях тепловые зазоры регулируется вручную. В более современных эту задачу берут на себя гидрокомпенсаторы, осуществляющие регулировку в автоматическом режиме. Об их устройстве, неисправностях и методиках выбора последних мы писали в данном материале. Ручная регулировка / проверка исправности компенсаторов обязательно – изменение зазора негативно влияет на работу двигателя. При малом зазоре падает компрессия и наблюдается прорыв газов вследствие негерметичности камер сгорания. Первыми в этом случае страдают сами клапаны (выпускные в особенности). Увеличение зазора приводит к повышению нагрузки на клапанный механизм и ухудшению наполнения цилиндров топливовоздушной смесью.

Как отмечают специалисты, регулировать клапаны стоит каждые 60-80 тыс. км пробега. Если мотор оснащен гидрокомпенсаторами, то автолюбителю стоит помнить, что появление стуков в подкапотном пространстве может свидетельствовать об их неисправности. О наличии проблем также будет снижение мощностных показателей двигателя. Зачастую работоспособность компенсаторов удается восстановить в бытовых условиях. Дело в том, что в них скапливается нагар, который легко удаляется бензином или другим растворителем.

Признаки неисправности клапанов

Несмотря на простую конструкцию и внушительный эксплуатационный ресурс, как впускные, так и выпускные клапаны периодически выходя из строя. Последние страдают чаще, так что стоит сосредоточиться на их проверке, если вы столкнулись со следующими проблемами:

Существенная потеря мощности двигателя;
Повышенная шумность выхлопа, появление хлопков;
Неустойчивая работа двигателя;
Появление стуков в подкапотном пространстве.

Последнее связано с неправильной регулировкой или выходом из строя гидрокомпенсаторов, если двигатель автомобиля ими оснащен. Автолюбителю стоит обратиться в автосервис. Специалисты приступят к частичной разборке двигателя и выяснят, связана ли ненормальная работа двигателя с неисправностью клапанов. Если причина проблем кроется именно в клапанах, то вот что можно обнаружить при их осмотре:

Загибание стержня. Может быть вызвано обрывом ремня ГРМ или его неправильной установкой (неправильным выставлением меток на шкивах распредвала/ов и коленвала), повышенными зазорами в приводе и неправильным монтажом;
Скол тарелки. Основными причинами появления сколов является неплотная посадка в седле и ударные нагрузки;
Сильная деформция тарелки. В основном деформируются тарелки клапанов, которые подвергаются чрезмерным механическим нагрузкам. Такое происходит при клине, превышении частоты оборотов двигателя, выходу из строя пружины клапана, несоосности седла клапана со втулкой;
Скопление нагара на тарелке и части стержня. Клапан покрывается нагаром при проникновении масла через образующиеся при работе ГРМ зазоры.

Зачастую при наличии проблем с клапанами рядовые автолюбители и даже специалисты говорят об их прогорании. Как показала практика, прогорание клапана является синонимом скола или сильной деформации тарелки по причинам, которые указаны в списке выше. Избежать этих проблем непросто. Вот основные причины прогорания: заводской брак, неверная величина теплового зазора, использование неподходящего топлива, износ направляющей втулки, старение пружины, износ колец цилиндров, износ маслосъемных колпачков, недостаточная эффективность работы системы охлаждения ДВС. Читатель мог подумать, что заводской брак не должен быть одной из главных причин выхода клапанов из строя. К несчастью это так, а согласно некоторым исследованиям, каждое пятое изделие на вторичном рынке автозапчастей является бракованным. По этой причине автолюбителям особенно важно знать, как правильно выбирать впускные и выпускные клапаны и продукции какой фирмы отдавать предпочтение.

Выбор новых клапанов и экскурс по производителям

Подобрать новые клапаны несложно, если их седла еще в сносном состоянии. Если седла зашлифовались, то стоит заменить и их тоже. Есть и другой вариант: выбрать клапана с тарелками чуть большего диаметра. В отдельных случаях кончики стержней придется подпиливать. Автолюбитель может выбрать клапаны самостоятельно, но последнее слово будет за мастером, который займется их установкой. Клапаны можно выбирать по:

Номеру двигателя;
Каталожным номерам запчастей;
Геометрии: общей длине клапана, стержня, диаметру тарелку, углу седла.

Третий вариант сложно назвать надежным, но если приходится искать клапаны для специфической техники, то он может оказаться единственным. Напоминаем, что впускные и выпускные клапаны имеют разную геометрию и разные каталожные номера. Они не взаимозаменяемы, так что будьте внимательны при поиске запчастей для ремонта.

При серьезном тюнинге двигателя автолюбители придется не только модернизировать головку блока цилиндров, а также установить новые цилиндры и распредвал/ы, но и подобрать впускные и выпускные клапаны большего размера. Здесь также необходимо вести поиск по геометрии. Клапаны для тюнинга могут конструктивно отличаться от стандартных изделий. К примеру, некоторые модели имеют полые стержни, которые заполняются металлическим натрием для лучшего охлаждения. Тарелки таких клапанов обычно вогнутые.

Подбирая выпускные и впускные клапаны для ремонта двигателя, автолюбитель может выбрать оригинальные комплектующие или так называемые аналоги. Последние обычно обходятся дешевле оригиналов, но бывают исключения. Здесь действует простое правило: низкая цена не всегда соответствует высокому качеству. Мы не рекомендуем экономить на запчастях. Лучше отдать свое предпочтение клапанам таких фирм:

Неплохие отзывы покупателей собирают клапаны Osvat (Италия), Autowelt (Германия) и AMP (Польша). Чем известнее фирма, тем выше шанс нарваться на подделку. Это справедливо для немецкого TRW, тем временем как под именами намного менее известных брендов Rocky и Kolbenschmidt подделки встречаются редко. Подлинность запчастей некоторых фирм можно проверить по защитным кодам, голограммам и QR-кодам. Категорически не рекомендуем покупать клапаны на рынках или в магазинах с плохой репутацией.

Вывод

От исправности впускных и выпускных клапанов, а также смежных с ними элементов, как-то направляющих и пружин, зависит работоспособность двигателя, его мощностные показатели и экономичность. Ресурс клапанов велик, а как показывает практика, многие автолюбители не сталкиваются с необходимостью их замены на протяжении всего периода эксплуатации личного транспорта. Однако если они вышли из строя, то водитель должен действовать незамедлительно. Поиск новых запчастей обычно не занимает много времени. Установку клапанов лучше доверить специалистам.

Какой клапан больше впускной или выпускной

Какой клапан больше впускной или выпускной ⋆ Прорабофф.рф

Если вы планируете увеличить мощность двигателя за счет замены впускных и выпускных клапанов, то в первую очередь нужно узнать какой из них должен быть больше.

В этой статье мы расскажем, какой клапан больше впускной или выпускной, чтобы вы в дальнейшем могли знать нужные ли детали стоят в двигателе.

Зачем нужны клапаны

Перед тем как узнать рекомендуемое соотношение клапанов мы расскажем, зачем они вообще нужны. Итак, впускной и выпускной клапан играют важную роль в работе системы сгорания. Впускной клапан подает топливо в камеру сгорания, а выпускной позволяет выходить газам, которые образовались после сгорания топлива.

Какой клапан должен быть больше

Каждый из клапанов важен и на первый взгляд различия в размерах совсем не играют роли, но это ошибка, ведь даже от нескольких миллиметров зависит мощность двигателя. По словам профессиональных исследователей, впускной клапан должен быть больше выпускного, и в соотношении составлять 1:0,75. Такое соотношение объясняется тем, что выпускному клапану куда легче выпустить легкие газы, и поэтому и больший размер необязателен. Соотношение 1:0,9 подходит лишь тем автомобилям, которые используют закись азота или турбо надув, а таких, как правило, можно посчитать по пальцам.

Вывод

Теперь вы знаете, какой клапан больше впускной или выпускной. Также от рекомендуемого соотношения впускного и выпускного клапана зависит экономия топлива. Даже от небольшого увеличения выпускного клапана зависит снижение мощности и увеличения расхода топлива, поэтому отнестись нужно к этому серьезно. Удачи!

Впускные и выпускные клапаны автомобиля, конструкция и материалы

В связи с этим они изготавливаются из более стойких материалов, чем впускные клапаны, и соответственно стоят дороже.

Конструкции клапанов автомобиля

Головки клапанов авто (автомеханики часто называют их тарелками) могут иметь различную конструкцию, они могут быть как жесткими так и эластичными. Жесткая головка обладает высокой прочностью, сохраняет форму и обладает высокой теплопроводностью. Она также отличается более высокой износоустойчивостью. Эластичная головка, в свою очередь, способна приспосабливаться к форме седла. Поэтому эластичный клапан надежно запечатывает окно, но перегревается, а изгибы при посадке в седло, когда клапан адаптируется к его форме, могут привести к его разрушению. В конструкции клапанов широко используется головка, над лицевой поверхностью которой выступает небольшая шляпка. Такой клапан обладает достаточно небольшим весом, высокой прочностью и теплопередачей и чуть более высокой ценой. Эластичные головки чаще встречаются у впускных клапанов, а жесткие — у выпускных.

Попадание холодного воздуха на горячие выпускные клапаны сразу после остановки двигателя может привести к серьезным повреждениям клапанов. В двигателях оснащенных выпускными коллекторными головками и/или прямоточными глушителями, холодному воздуху открыт прямой доступ к выпускным клапанам. Резкое охлаждение может вызвать коробление и/или образование трещин в клапане. В холодную ветреную погоду, когда ветер вдувает холодный наружный воздух прямо в систему выпуска отработавших газов, такие условия — не редкость. Противоточные глушители с длинными выхлопными трубами и каталитическим нейтрализатором отработавших газов снижают опасность возникновения такой ситуации.

Материалы из которых изготавливаются клапаны

Клапаны с полым стержнем и деформацией седла

Впускные и выпускные клапаны: размер имеет значение — DRIVE2

Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; ведь отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое «железное» правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т.е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.

Самое простое правило, которому нужно следовать: если основным требованием является мощность, то следуйте нормальному соотношению 0,75:1. Это правило можно изменить в тех случаях, когда двигатель оснащен системой турбонаддува или впрыска закиси азота. Для этих систем требуется обеспечение большего потока выхлопных газов и может успешно использоваться соотношение диаметров выпускного и впускного клапанов, составляющее 0,9:1 (поток выхлопных газов составляет 90% от потока впускаемой смеси) или даже больше.

К сожалению, установка увеличенных выпускных клапанов имеет «ловушку», которая обычно не связана с увеличением размеров впускных клапанов. Водяная рубашка внутри головки блока цилиндров расположена рядом с седлами выпускных клапанов. Это помогает поддерживать клапаны и седла холодными, но часто препятствует установке клапанов максимального размера. Вдобавок, тонкие отливки и большое количество тепла (побочный продукт высокой мощности) могут привести к образованию трещин в седлах, и это обычно укорачивает срок службы головки блока.

Замечание. Когда главной целью конструктора является экономия, а не мощность, размер выпускного клапана может быть увеличен до соотношения 0,75:1 даже при увеличении диаметра впускного клапана. Когда поток выпускного канала увеличивается, то пробег и срок службы двигателя будут улучшены. Однако здесь есть предел, как и во всем. Выпускные клапаны, размер которых превышает 90 — 95% от размера впускного клапана, дают очень маленькую дополнительную топливную экономию, и так как они используют пространство, обычно отдаваемое впускным клапанам, то потенциал по мощности будет уменьшен.

Теги: #Статьи #Корч #Почетные_Корчстроители

Выпускной клапан

Выпускной клапан – элемент ГРМ, при открытии которого происходит удаление (выпуск) отработавших газов из камеры сгорания двигателя.

Выпуск газов происходит тогда, когда поршень в цилиндре двигателя направляется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ). В процессе работы двигателя выпускные клапаны подвергаются значительным термическим нагрузкам, так как постоянно контактируют с раскаленными отработавшими газами. Головка клапана при работе ДВС может разогреваться в пределах 600-800 градусов.

Открытие выпускного клапана происходит благодаря полученному усилию от кулачка распределительного вала. Стержень (шток) клапана находится в направляющей втулке клапана, которая запрессована в ГБЦ. Кулачок распредвала нажимает прямо на шток клапана или на рокер, от которого усилие передается на стержень. В ГБЦ также размещено седло клапана. Седло клапана представляет собой углубление, которое по своей форме соответствует верхней части тарелки клапана. Тарелка клапана и седло клапана с филигранной точностью прижимаются друг к другу. Данное решение позволяет обеспечить максимальную герметичность в тот момент, когда закрыты впускной и выпускной клапаны. Главной задачей становится исключить прорыв газов из камеры сгорания.

Среди наиболее распространенных способов защиты отмечены:

лазерное легирование;
метод плазменно-порошковой наплавки;
наплавка токами высокой частоты;

Какой клапан больше впуск или выпуск – АвтоТоп

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Впускной клапан большого диаметра — увеличение количества впускаемого воздуха

Пружина с переменным шагом навивки

Двойная пружина

Для начала расскажу в чем преимущество ГБЦ (головки блока цилиндров) с 4 клапанами на 1 цилиндр в сравнении с 2 клапанами. Расположение двух впускных и двух выпускных клапанов в камере сгорания позволяет увеличить площадь клапана (клапанов), но вопреки тому, что многие считают, это не реальная причина в превосходстве. Для примера, давайте сравним 1.7 литра Lotus/Ford Twin Cam раллийный двигатель (2 распредвала, 4 цилиндра, 8 клапанов). Впускной клапан имеет размер 43 мм (площадь -14.45 см2)

И знаменитый двигатель, разработанный гоночным инженером Кейтом Даквортом (один из основателей компании Cosworth, название Cosworth родилось из объединения фамилий (COStin and duckWORTH). Cosworth являлся подразделением Ford Motor Company, но на данный момент приобретён Джеральдом Форсайтом и Кевином Колховеном).

Раллийный двигатель Cosworth BDA 1.7 литра (2 распредвала, 4 цилиндра, 16 клапанов) Размер впускных клапанов 31 мм, площадь клапанов на впуске составляет 15 см2 – что является очень близко к площади впускного клапана мотора Lotus/Ford Twin Cam (14.5 см2).

Оба двигателя были разработаны для гонок и выдавали максимальную мощность на 8000 оборотах; 190 сил Cosworth и 170 сил Lotus/Ford . В ралли автомобили с двигателем Cosworth были всегда намного быстрее (на любом покрытии) из-за того, что этот мотор имел на 1000 оборотов более широкий диапазон мощности и значительно лучше не только на верхах, но и на низких оборотах. А причина в том, что имея практически идентичную площадь клапанов двигатель Cosworth имеет на 44% больше клапанную щель при любом подъеме клапанов. По этой причине моторы с 4 клапанами на цилиндр используют распредвалы с менее широкой полной фазой (duratoin), а это в свою очередь улучшает средний диапазон без ущерба для максимальной мощности.

Чтобы это лучше понять почему на 44% больше, предлагаю рассмотреть иллюстрацию которая использовалась в посте о распредвалах (Распредвал часть 2)

В первой части мы остановились на геометрии седла клапана.

Геометрия седла клапана

Основной закон – седло впускного клапана, это номер 1, от чего зависит эффективность ГБЦ пока клапан не будет иметь подъем 0.18 (18%) от его диаметра, а на стороне выпуска еще больше, до 0.35 от диаметра выпускного клапана.

Однофасочное седло с углом 45* градусов имеет эффективность 56% при подъеме клапана 6.35 мм. Если выполнить правильную трех-фасочную, четырех или даже пяти-фасочную геометрию седла то эффективность реально повысить до 84% (средние значения от 76% до 84%). Стандарт трех-фасочная геометрия (наиболее популярная) 45* — запорная фаска, 30* — верхняя, соединяет основную фаску с днищем камеры сгорания. Нижняя фаска имеет угол 60* соединят 45* с горлом канала.

На этой схеме указаны размеры, как для впускного, так и выпускного каналов хорошо работающие и дающие великолепный результат. Также указаны оптимальные размеры клапанов (впуск и выпуск). Как вы заметили, на выпуске, запорная фаска седла шире, это необходимо чтобы обеспечить хороший теплоотвод от тарелки клапана. Выпускной клапан при этом имеет более узкую 45* фаску, что необходимо для борьбы с образованием нагара. Переход от запорной фаски седла к каналу осуществляется широкой 60- градусной нижней фаской, многие специалисты используют дополнительно для 4-х – 5-ти фасочной геометрии седла канала еще фаски с углом 75* (80 градусов) которые более плавно соединяют запорную фаску с каналом.

Очень большой положительный эффект на продувку дает дополнительная 30* фаска на клапанах

Очень важно не только угол (об это ниже) но позиция, расположение клапана в седле и ширина запорной фаски

Для впуска многие специалисты любят совмещать седло, как можно выше (в направлении камеры сгорания) с клапаном. На выпуске такое расположение неприемлемо, это сильно ухудшит надежность и может привести к прогару клапана – по центру то что надо.

Ширина запорной фаски, на впускном канале оптимальным является 1.0 мм – 1.55 мм. Более узкая фаска, в основном улучшает продувку канала, но при этом ухудшает прочность, надежность. Выпускные каналы работают при экстремально высоких температурах, поэтому им необходима более широкая запорная фаска, для того чтобы увеличить пятно контакта и лучше отводить тепло через седло канала (оптимальные размеры указаны на схеме).

Для примера привожу результаты которые были получены на сток 1.6 литра двигателе с размером впускного клапана 35.5 мм при проведении выше указанных процедур

Результат – плюс 14 CFM, это даст прибавку в мощности более 10 сил.

Альтернативные углы геометрии седла канала

45* градусов запорная фаска седла впускного клапана наиболее используемая, но часто используют и другие углы. Для примера, если у вас задушен мотор, вам надо больше воздуха (flow) не важно, что результат даст только пиковую мощность на 9000 оборотах – используется угол 50-55*, такой угол дает наилучшую продувку при высоком подъеме клапана т.к. позволяет сделать более плавное соединение с максимально возможно увеличенным горлом канала. Такие углы применяют инженеры при постройки гоночным моторов 358- ci V8 для NASCAR.

Плюсы – максимальные показатели продувки при высоко поднятом клапане, минусы – пиковая мощность и самое главное, чем больше угол (больше 45*) запорной фаски, тем меньше прочность, намного хуже надежность. Для турбо моторов такой вариант ПРОСТО НЕ ПРИЕМЛЕМ из-за высоких температур. Если Вы строите мотор рассчитанный на высокие обороты, то лучшие результаты (из-за реверса потока воздуха) дает верхняя (top cut) фаска не 30*, а 38* градусов

Если ваш мотор очень голодный до воздуха или вы желаете существенно улучшить характеристики ГБЦ не на высоких оборотах, то есть хороший вариант – использовать 30⁰ запорную фаску на седле впускного клапана. Предлагаю этот вариант рассмотреть более подробно

Как видно из рисунка, при одинаковом подъеме, клапанная щель при использовании запорной фаски с углом 30* больше, а значит и количество воздуха будет поступать больше (а это то, что надо для повышения момента). Такое улучшение на впуске мы имеем в плоть до подъема клапана 7.5 мм, максимальная прибавка составляет более 20% при подъеме клапана 1.25-2.5 мм. Такая геометрия дает эффект, при малых подъемах клапана, более большого канала (и конечно и размера клапана) но только при этом низы и середина не ухудшается, а только улучшается.

Это похожий эффект, как при использовании распредвала с большим подъемом, как вы помните я описывал, что сам по себе подъем кулачка не увеличивает максимальное значения проходящего потока воздуха при подъеме выше 0.25 от диаметра клапана, но сильно увеличивает наполнение при малом подъеме. Происходит это за счет увеличения скорость подъема клапана и не более.

Встречается много серийных машин с такой геометрией седла клапана, да, наверное, все дизельные двигателя работают на такой геометрии, но встречаются и бензиновые моторы. На первый взгляд это все кажется просто, но на самом деле есть и сложности (решаемые).

С одной стороны, чем меньше угол, тем лучше клин, который улучшает герметичность пары седло-клапан, но при этом, чем более плоское седло, тем больше проявляется тенденция, что клапан на высоких оборотах начнет отпружинивать при закрытии. Однозначно, чем более плоский угол запорной фаски седла канала, тем лучше продувка, наполнение (flow) при небольших подъемах клапана, но без серьезного изучения этого вопроса ситуация может только ухудшится при использовании распредвалов с подъемом кулачка выше 12 мм. Если ваша цель высокие обороты (8000+++) и распредвал с высоким подъемом кулачка 12.5++мм – 50*-55* градусов угол запорной фаски решит проблему отпружинивания клапана и как следствие больше мощность.

На данной картинке указано схематично, как сделать седло впускного канала с углом 30*

Такая геометрия седла впускного клапана дает потрясающие результаты на продувочном стенде, но скорее всего возникнут проблемы с герметичностью (клапан-седло) на оборотах намного выше 5000. Особенно это проявляется на высоко форсированных моторах, которые испытывают проблему с высокой температурой клапана при максимальных нагрузках и как следствие деформация (изгиб клапана при закрытии в следствии его расширения). По этой причине такую геометрию не рекомендуется использовать на выпускном седле клапана.

Есть несколько вариантов решения этой проблемы (ВЫСОКАЯ температура клапана, расширение –деформация). Один из вариантов нанести на лицевой стороне тарелки впускного клапана канавку. Вот вариант как это сделать

Так же не будет лишним использовать клапанные пружины на 10% жестче, чем необходимо для седла с углом 45*. При использовании такого метода David Vizarrd’s – известный американский спец в области постройки гоночных моторов (кстати, он проводит очень полезные семинары, как готовить ГБЦ) делал великолепные гоночные моторы.

Другой вариант – использование специального термо покрытия на клапана, которое снижает температуру последнего (значительно)

Вообще, проблема с клапанами при высокой температуре частое явление даже на сток моторах, особенно турбо версии. При их тюнинге, часто этот вопрос остается забытым, а это не только деформация и как следствие плохая герметичность, пропуски зажигания, детонация, такое часто встречается к примеру на европейских моторах VAG 2.0 turbo TSI – накачав мотор супер прошивками от Брендовых тюнерских фирм, но при этом не позаботившись об охлаждении воздуха, мотора и т.д. как решение пытаются эту проблему решить заменой клапанных пружин на более жесткие. Ну да ладно, это у же не по теме

Открытие выпускного клапана происходит благодаря полученному усилию от кулачка распределительного вала. Стержень (шток) клапана находится в направляющей втулке клапана, которая запрессована в ГБЦ. Кулачок распредвала нажимает прямо на шток клапана или на рокер, от которого усилие передается на стержень. В ГБЦ также размещено седло клапана. Седло клапана представляет собой углубление, которое по своей форме соответствует верхней части тарелки клапана. Тарелка клапана и седло клапана с филигранной точностью прижимаются друг к другу. Данное решение позволяет обеспечить максимальную герметичность в тот момент, когда закрыты впускной и выпускной клапаны. Главной задачей становится исключить прорыв газов из камеры сгорания.

Среди наиболее распространенных способов защиты отмечены:

лазерное легирование;
метод плазменно-порошковой наплавки;
наплавка токами высокой частоты;

Назначение впускного клапана двигателя. Материалы изготовления клапанов, стержень, тарелка, седло клапана. Основные неисправности клапанного механизма.

Как самому определить прогар клапана двигателя. Основные симптомы погоревшего клапана, точное выяснение причин троения мотора. Диагностика, полезные советы.

Назначение клапана ГРМ. Впускной и выпускной клапаны, устройство и особенности детали. Схемы компоновки и привод клапанов двигателя внутреннего сгорания.

Почему гнет клапана при обрыве приводного ремня или цепи: причины обрыва. Как узнать, гнет ли клапана на конкретном бензиновом или дизельном двигателе.

Назначение газораспределительного механизма. Составные элементы ГРМ на четырехтактном поршневом двигателе, отличительные особенности конструкции механизма.

Принцип действия системы изменения фаз газораспределения VVT. Гидроуправляемая муфта, ступенчатое регулирование VVTL-i, VTEC. Электромагнитный привод ГРМ.

Какие клапана больше впуск или выпуск

Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; ведь отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое «железное» правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.
Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т.е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.

Теги: #Статьи #Корч #Почетные_Корчстроители

Для работы четырехтактного ДВС требуется как минимум по два клапана на цилиндр — впускной и выпускной. В настоящее время применяются клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для улучшения наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается больше, чем у выпускного. Седла клапанов изготовленные из чугуна или стали, запрессовываются в головку блока цилиндров.
При работе двигателя клапаны подвергаются значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому для их изготовления применяются специальные сплавы. Иногда для улучшения охлаждения клапанов высокофорсированных двигателей применяют клапаны с полым стержнем, который заполняется натрием. Натрий при рабочих температурах плавится и в расплавленном виде перетекает внутри клапана, перенося тепло от более нагретой тарелки клапана к стержню. Для лучшей очистки рабочей фаски от нагара и равномерной теплопередачи иногда применяются различные механизмы для вращения клапана.
ГРМ могут быть нижнеклапанными и верхнеклапанными, но в современных двигателях используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров. Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость для гарантированного закрытия клапана при работе, но жесткость пружины не должна быть чрезмерной, чтобы не увеличивать ударной нагрузки на седло клапана. Иногда для уменьшения возможности резонансных колебаний используются пружины уменьшенной жесткости, но на один клапан устанавливается по две пружины.

При использовании двух пружин они должны быть навиты в разные стороны, чтобы не произошло заклинивания клапана в случае поломки одной из пружин и попадания ее витка между витками другой пружины. Для снижения потерь на трение в ГРМ сейчас широко применяются ролики, размещаемые на рычагах и толкателях привода клапанов.

Рис. Замена трения скольжения трением качения путем применения в клапанном механизме роликов дает возможность уменьшить потери на привод клапанов

При открытии (опускании) впускного клапана через кольцевой проход между тарелкой клапана и седлом проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) и заполняет цилиндр. Чем больше будет площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, а следовательно, и выходные показатели этого цилиндра при рабочем ходе будут выше. Для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания желательно также увеличить диаметр тарелки выпускного клапана. Размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Лучшее наполнение цилиндров и их очистка обеспечиваются при использовании большего, чем два, числа клапанов на один цилиндр. Встречаются трехклапанные (два впускных и один выпуск ной) системы и пятиклапанные (три впускных и два выпускных) системы.

Рис. Четырехклапанная камера сгорания. Применение газораспределительного механизма с четырьмя клапанами на цилиндр в дизельном двигателе

Впервые четыре клапана на цилиндр были использованы еще 1912 г. на двигателе автомобиля Peugeot Gran Prix. Широкое использование такой схемы на серийных легковых автомобилях началось только в 1970-е гг. Сейчас ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей. Некоторые из двигателей Mercedes имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана).
Двигатели некоторых автомобилей группы Volksvagen-Audi и ряд японских двигателей используют пять клапанов на цилиндр (три впускных и два выпускных), но при таком числе клапанов значительно усложняется их привод.

Рис. Трехклапанный ГРМ. Компания DaimlerChrysler утверждает, что ГРМ с двумя впускными, одним выпускным и двумя свечами зажигания обеспечивает снижение вредных веществ в отработавших газах

Впускные клапаны. Массовое наполнение двигателя зависит от величин проходного сечения, открываемого клапаном и продолжительности открытия. Площадь впускного отверстия равна площади конической поверхности, расположенной между тарелкой клапана и его седлом. Эта площадь пропорциональна диаметру опорной поверхности клапана, высоте подъема клапана и зависит от угла фаски клапана. Большинство клапанов выполняется с углом фаски 45градусов. Для форсированных двигателей угол фаски иногда выполняется равным 30градусам. При меньшем угле фаски площадь впускного отверстая увеличивается. Однако при этом уменьшается жесткость тарелки, что может привести к колебаниям клапана и нарушению процесса впуска. Для облегчения клапанов их иногда выполняют тюльпанообразной формы. При выборе высоты подъема клапана приходится учитывать ряд факторов. Прежде всего, высота подъема ограничивается ростом инерционных сил, выбором соответствующего усилия клапанных пружин и связанным с этим износом пары клапан-толкатель. По мере увеличения подъема на суммарное сопротивление потоку смеси все большее влияние оказывает отверстие седла клапана. Слишком большой подъем клапана бесполезен, т.к. площадь отверстия седла клапана оказывается меньше проходного сечения конической поверхности клапана и уже она определяет прохождение смеси. Диаметр тарелки клапана ограничивается его расположением в камере сгорания, конструкцией головки цилиндра, диаметром цилиндра. Увеличение числа впускных клапанов позволяет добиться наибольшего эффекта по наполнению. Большинство современных двигателей легковых автомобилей имеют по два впускных клапана, но встречаются двигатели и с тремя впускными клапанами. Это обеспечивает существенное увеличение суммарного проходного сечения. Дополнительно улучшения наполнения удается достигнуть при наклонной установке всех четырех клапанов (два впускных и два выпускных) в полусферической камере сгорания. На процесс впуска существенное влияние оказывают динамические явления во впускных каналах. Наполнение двигателя можно увеличить за счет выбора оптимальной величины запаздывания закрытия впускного после НМТ, находящейся в пределах от 55 до 85 градусов поворота коленчатого вала. Но время впуска поток смеси (или воздуха в двигателях с впрыском топлива) двигается с высокой скоростью (до 50 м/с). Созданная при этом инерция потока смеси обеспечивает поступление смеси и при движении поршня вверх после прохождения НМТ. Это так называемая дозарядка цилиндра, зависящая от длины впускного канала, его сечения, времени-сечения открытия впускного клапана после НМТ. Чем выше частота вращения, тем больше эффективность от дозарядки (инерционного наддува). При этом коэффициент наполнения (отношение фактически поступившего воздуха в цилиндр к теоретически возможному) может быть больше единицы. Но при малой частоте вращения из-за малой скорости смеси происходит обратный выброс смеси из цилиндра во впускной канал. Этот фактор является одной из важных причин снижения наполнения, а следовательно, и крутящего момента при снижении час- тоты вращения.

Впуск происходит под действием разрежения в цилиндре, а начало выпуска под действием значительно большего давления в цилиндре, поэтому выпускные клапаны выполняются всегда меньшего диаметра, чем впускные. Температура клапана при оптимальных углах опережения зажигания и составах смеси доходит до 950 градусов С. При снижении углов опережения зажигания, применении топлива с меньшей скоростью сгорания. Нарушении герметичности клапана и ряде других факторов перегрев клапана прогрессирует, что может вызывать его прогар. Слишком раннее открытие выпускного клапана (до 70 градусов до НМТ) при низкой частоте вращения коленчатого вала приводит к потере площади индикаторной диаграммы в конце рабочего хода, снижению крутящего момента, перегреву выпускных клапанов и повышению требований к октановому числу топлива.

Для снижения температуры выпускного клапана с целью повышения надежности и уменьшения требований к октановому числу топлива существуют следующие способы.

1. Применение двух клапанов меньшего диаметра вместо одного.
2. Применение натриевого охлаждения путем выполнения клапана с полостью в тарелке и стержне и частичного заполнения ее натрием. При нагреве натрий плавится и, передавая тепло от тарелки в стержень, способствует ее охлаждению.
3. Применение двойного последовательного выпуска отработавших газов (через окна в нижней части цилиндра, а затем через клапан).
4. В двигателях с непосредственным впрыском бензина и наддувом за счет увеличения перекрытия клапанов охлаждение достигается продувкой камеры сгорания.

При выборе распределительною вала с учетом устанавливаемых фаз газораспределения следует убедиться, что при увеличенном ходе клапана в зоне ВМТ остается гарантированный зазор между тарелкой клапана и днищем поршня.

Система привода клапанов газораспределительного механизма

Впускной клапан

— обзор

Клапаны, расположенные по обе стороны от насоса-турбины, аналогичны тем, которые используются во многих типах турбин. Те, которые используются в Dinorwig, будут подробно описаны в качестве примера современной практики.

Главный впускной клапан (MIV)

Каждый MIV представляет собой поворотный клапан с внутренним диаметром 2,5 м, расположенный между главным и промежуточным затвором, который изолирует турбину от воды под высоким давлением при каждом отключении (см. Рис. 5.16). Ротор клапана вращается внутри корпуса клапана на двух цапфах, к которым прикреплены рычаги управления и запорные грузы.Клапан удерживается в открытом положении за счет тяги вверх на плечах рычага от двух серводвигателей (или цилиндров), заполненных маслом под давлением. Таким образом, система является «отказоустойчивой», поскольку клапан закрывается только под действием веса. Скорость закрытия регулируется ограничителями в линии слива масла.

РИС. 5.16. Главный впускной клапан на электростанции Dinorwig

MIV закрывается каждый раз, когда машина останавливается, и в этом состоянии утечка между ротором почти сферического клапана и корпусом предотвращается с помощью сервисного уплотнения.Он имеет форму ступенчатого кольца, которое скользит в осевом направлении в корпусе из нержавеющей стали, чтобы прилегать к кольцу, прикрепленному к ротору на его промежуточной поверхности затвора. Уплотнение приводится в действие, а также удерживается и выключается за счет давления воды в напорном трубопроводе, действующего на соответствующую поверхность ступенчатого кольца. Уплотнения между ступенчатым кольцом и корпусом клапана имеют D-образную форму, чтобы предотвратить вращение в их канавках: они были предметом значительных испытаний, чтобы гарантировать, что они выдержат требуемый шестилетний срок службы.

Аналогичное уплотнение предусмотрено на лицевой стороне затвора ротора клапана, но оно используется только для обеспечения дополнительной безопасности во время технического обслуживания. В этих условиях часть промежуточного затвора может быть удалена, а клапан перекрыт привинченным куполом. При необходимости сервисные и ремонтные уплотнения могут быть надежно заблокированы путем вставки деталей уплотнения и применения стопорного штифта клапана.

Поскольку MIV срабатывает каждый раз при выключении машины, он подвержен циклическим колебаниям давления.Таким образом, эти клапаны были спроектированы по принципам механики разрушения таким же образом, как и турбина. Напряжения определялись испытаниями на фотоупругой модели. Корпуса клапанов изготовлены из углеродисто-марганцевой стали.

Время открытия и закрытия клапана необходимо тщательно выбирать, чтобы избежать нежелательных скачков или гидравлических переходных процессов в системе. Такие соображения составляли часть анализа гидравлических / гидравлических ударов, в ходе которого изучали взаимодействие таких факторов, как система туннелей, уравнительные валы, скорость закрытия клапана и направляющей лопасти и характеристики напора / расхода насоса.Такие расчеты имеют первостепенное значение для обеспечения безопасности станции во время таких событий, как одновременное отключение всех машин от генерации полной нагрузки. Диаграмма, показывающая время открытия и закрытия клапана, показана на рис. 5.17.

РИС. 5.17. Время открытия и закрытия главного впускного клапана и направляющих лопаток на электростанции Dinorwig

На Dinorwig переходные характеристики машины и гидравлические характеристики, определенные во время испытаний одиночных и одновременных отключений двух, трех и четырех машин, были настолько точно предсказаны теоретическим гидравлическим анализом, что не было сочтено необходимым подвергать систему практической демонстрации одновременной поездки шести машин с полной нагрузкой.

Клапан отсасывающей трубы

Клапан отсасывающей трубы (DTV) (см. Рис. 5.18) расположен на стороне хвостовой воды насоса-турбины и предназначен для изоляции машины от нижнего резервуара во время технического обслуживания и закрытия в случае сильного взрыва, чтобы предотвратить затопление станции. Обычно он остается открытым и не является частью какой-либо автоматической последовательности операций.

РИС. 5.18. Тяговый клапан на электростанции Dinorwig

Каждый DTV представляет собой дроссельную заслонку диаметром 3,75 м с ротором решетчатого типа.Интегрированные эксцентриковые цапфы гарантируют, что, если он будет случайно оставлен закрытым во время турбинной обработки, он откроется под потоком турбины. Открытие и закрытие осуществляется серводвигателем и системой рычагов и противовесов аналогично MIV.

Выпускной клапан — обзор

Автоматическая работа конденсатоотводчика (Рисунок 18.49A)

В нормальном режиме впускной и выпускной клапаны находятся в закрытом положении, что позволяет конденсатоотводчику нормально работать. При необходимости ловушка отключает пар и сливает конденсат автоматически.Впускной и выпускной клапаны находятся в верхнем закрытом положении, обеспечивая двойную защиту от утечки байпаса. Если размер сифона рассчитан для обработки потока конденсата, агрегат можно оставить в этом положении во время запуска и нормальной работы установки.

Рисунок 18.49. Метод работы агрегата в сборе

Предоставлено Velan Valves Ltd

При нормально закрытых перепускных клапанах стеллитовые и притертые диски и седла обеспечивают 100% герметичность, что снижает затраты на техническое обслуживание сальника.При запуске ловушку также можно изолировать, поскольку байпас может обрабатывать конденсат, в три раза превышающий емкость ловушки, а затем переключаться на работу ловушки во время нормальной работы. Его также можно активировать для облегчения работы.

Полное отключение — Нет потока, ловушка закрыта для обслуживания (Рисунок 18.49B)

Впускной клапан находится в нижнем положении. Теперь ловушка закрыта впускным клапаном, а байпас закрыт выпускным клапаном. Клапан защищен обратным клапаном выпускного клапана.

Байпас открыт — Полный поток, ловушка изолирована для обслуживания (Рисунок 18. 49C)

Это предпочтительное положение для обслуживания. Когда впускной и выпускной клапаны находятся в нижнем положении, уловитель защищен от противодавления диском обратного клапана в выпускном клапане и обратным клапаном в конденсатоотводчике. Таким образом, ловушка надежно изолирована для обслуживания без прерывания потока или работы установки.

Дросселирование обхода — Ловушка изолирована для обслуживания (Рисунок 18.49D)

Впускной клапан находится в нижнем положении, а выпускной клапан — в промежуточном положении. Ловушка закрывается впускным клапаном, а поток через байпас ограничивается положением выпускного клапана. Плавающий обратный клапан выпускного клапана защищает сифон от противодавления.

Интернет-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии.

курсов.»

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным.Я многому научился и они были

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей компании

имя другим на работе.»

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что уже знаком.

с подробной информацией о Канзасе

Городская авария Хаятт ».

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель.Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Нашел класс

информативно и полезно

в моей работе ».

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны. You

— лучшее, что я нашел ».

Рассел Смит, П.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал. «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что позволили мне просмотреть неправильные ответы. На самом деле

человек узнает больше

от сбоев.»

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы, т.е. позволяете

студент для ознакомления с курсом

материалов до оплаты и

получает викторину.»

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам ».

Джеймс Шурелл, P.E.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основе какой-то неясной раздел

законов, которые не применяются

до «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

организация «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн-формат был очень

Доступно и просто

использовать. Большое спасибо. «

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Джозеф Фриссора, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев «.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

испытание действительно потребовало исследования в

документ но ответы были

в наличии. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роадс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать дополнительный

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

в пути «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов.

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать где

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, П.Е.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

легче поглотить все

теорий. »

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

мой собственный темп во время моего утром

метро проезд

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес который

сниженная цена

на 40%. «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий.»

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительно

сертификация. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера ».

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими.

хорошо организовано. «

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую.»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса по этике в Нью-Джерси были очень хорошими.

хорошо подготовлены. »

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы по номеру

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой ерунды. Хороший опыт.»

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное. »

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предлагали курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, П.Е.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова».

Анджела Уотсон, П.Е.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при прохождении теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Луан Мане, П.Е.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродский, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайтом легко пользоваться, вы можете скачать материалы для изучения, а потом вернуться.

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

сертификат. Спасибо за создание

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Положительный опыт.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея платить за

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не являющихся электротехниками».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по номеру

много разные технические зоны за пределами

по своей специализации без

приходится путешествовать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Справка по викторине: основы клапанов

Используйте поиск, чтобы быстро найти ответы на вопросы — откройте окно поиска (ctrl + f), затем введите ключевое слово из вопроса, чтобы перейти к этим терминам в материалах курса

Введение

Клапан — это механическое устройство, которое регулирует поток жидкости и давление в системе или процессе. Клапан управляет системой или потоком и давлением технологической жидкости, выполняя любую из следующих функций:

Остановка и запуск потока жидкости
Изменение (дросселирование) количества потока жидкости
Управление направлением потока жидкости
Регулирование системы ниже по потоку или технологическое давление
Сброс избыточного давления в компоненте или трубопроводе

Существует множество конструкций и типов клапанов, которые удовлетворяют одной или нескольким функциям, указанным выше.Множество типов и конструкций клапанов безопасно подходят для самых разных промышленных применений.

Независимо от типа, все клапаны имеют следующие основные части: корпус, крышку, трим (внутренние элементы), привод и набивку. Основные части клапана показаны на рисунке 1.

Корпус клапана

Рисунок 1 Основные части клапана

Корпус, иногда называемый кожухом, является первичной границей давления клапана. Он служит основным элементом клапана в сборе, потому что это каркас, который скрепляет все вместе.

Корпус, первая граница давления клапана, выдерживает нагрузки давления жидкости от соединительного трубопровода. Он принимает впускной и выпускной трубопровод через резьбовые, болтовые или сварные соединения.

Корпуса клапанов отливаются или отливаются в различные формы. Хотя сфера или цилиндр теоретически были бы наиболее экономичной формой для противодействия давлению жидкости при открытом клапане, есть много других соображений. Например, для многих клапанов требуется перегородка в корпусе клапана для поддержки отверстия седла, которое является дроссельным отверстием.При закрытом клапане нагрузку на тело определить сложно. Торцевые соединения клапана также искажают нагрузки на простые сферы и более сложные формы. Дополнительные важные соображения — это простота изготовления, сборки и стоимость. Следовательно, основная форма корпуса клапана обычно не сферическая, а варьируется от простых форм блоков до очень сложных форм, в которых крышка, съемная деталь для обеспечения возможности сборки, образует часть сопротивляющегося давлению корпуса.

Сужение прохода для жидкости (эффект Вентури) также является распространенным методом уменьшения общего размера и стоимости клапана.В других случаях к клапану добавляются большие концы для соединения с большей линией.

Крышка клапана

Крышка отверстия в корпусе клапана является крышкой. В некоторых конструкциях сам корпус разделен на две части, которые соединяются болтами. Как и корпуса клапанов, крышки различаются по конструкции. Некоторые крышки функционируют просто как крышки клапана, в то время как другие поддерживают внутренние детали клапана и аксессуары, такие как шток, диск и привод.

Крышка — это вторая основная граница давления клапана.Он отлит или выкован из того же материала, что и корпус, и соединен с корпусом резьбовым, болтовым или сварным соединением. Во всех случаях крепление капота к кузову считается границей давления. Это означает, что сварное соединение или болты, соединяющие крышку с корпусом, являются деталями, удерживающими давление.

Крышки клапанов, хотя и необходимы для большинства клапанов, представляют собой повод для беспокойства. Крышки могут усложнить производство клапанов, увеличить размер клапана, составляют значительную часть стоимости клапана и являются источником потенциальных утечек.

Трим клапана

Внутренние элементы клапана в совокупности называются тримом клапана. Трим обычно включает диск, седло, шток и втулки, необходимые для направления штока. Характеристики клапана определяются поверхностью раздела диска и седла, а также отношением положения диска к седлу.

Благодаря триммированию возможны основные движения и управление потоком. В конструкции трима с вращательным движением диск скользит близко к седлу, чтобы изменить отверстие для потока.В конструкциях трима с линейным движением диск поднимается перпендикулярно от седла, так что появляется кольцевое отверстие.

Диск и седло

Для клапана с крышкой диск является третьей основной основной границей давления. Диск обеспечивает возможность разрешать и запрещать поток жидкости. При закрытом диске полное давление системы прикладывается к диску, если на выходной стороне отсутствует давление. По этой причине диск является частью, удерживающей давление. Диски обычно кованые и в некоторых конструкциях имеют твердое покрытие для обеспечения хороших характеристик износа.Для хорошего уплотнения при закрытом клапане необходима чистовая обработка поверхности посадочного места диска. Большинство клапанов частично названы в соответствии с конструкцией их дисков.

Седло или уплотнительные кольца обеспечивают посадочную поверхность для диска. В некоторых конструкциях корпус обрабатывается в качестве посадочной поверхности, а уплотнительные кольца не используются. В других конструкциях кованые уплотнительные кольца нарезаны резьбой или приварены к корпусу для обеспечения посадочной поверхности. Чтобы улучшить износостойкость уплотнительных колец, поверхность часто наплавляют путем сварки с последующей механической обработкой контактной поверхности уплотнительного кольца.Для хорошего уплотнения при закрытом клапане необходима чистовая обработка поверхности посадочного места. Уплотнительные кольца обычно не считаются частями, ограничивающими давление, потому что корпус имеет достаточную толщину стенки, чтобы выдерживать расчетное давление, не полагаясь на толщину уплотнительных колец.

Шток

Шток, который соединяет привод и диск, отвечает за позиционирование диска. Штоки обычно кованые и соединяются с диском с помощью резьбовых или сварных соединений. Для конструкций клапана, требующих набивки штока или уплотнения для предотвращения утечки, необходима чистовая обработка поверхности штока в области уплотнения.Обычно шток не считается частью границы давления.

Соединение диска со штоком может допускать некоторое качание или вращение, чтобы облегчить позиционирование диска на седле. В качестве альтернативы шток может быть достаточно гибким, чтобы диск располагался напротив седла. Однако постоянное колебание или вращение гибкого или слабо соединенного диска может разрушить диск или его соединение со штоком.

Два типа штоков клапана — это поднимающиеся штоки и неподъемные штоки. Эти два типа стеблей, показанные на рисунках 2 и 3, легко различить при наблюдении.Для клапана с выдвижным штоком шток будет подниматься над приводом при открытии клапана. Это происходит из-за того, что шток имеет резьбу и сопряжен с резьбой втулки ярма, который является неотъемлемой частью крышки или установлен на ней.

Рисунок 2 поднимающиеся штоки Рисунок 3 Невыдвижные штоки

Для конструкции с неподъемным штоком нет движения штока вверх снаружи клапана. Для конструкции с неподнимающимся штоком диск клапана имеет внутреннюю резьбу и сопрягается с резьбой штока.

Привод клапана

Привод управляет штоком и диском в сборе.Привод может быть ручным маховиком, ручным рычагом, моторным оператором, соленоидным оператором, пневматическим оператором или гидроцилиндром. В некоторых конструкциях привод поддерживается крышкой. В других конструкциях хомут, установленный на крышке, поддерживает привод.

За исключением некоторых клапанов с гидравлическим управлением, приводы находятся за пределами границы давления. Хомуты, когда они используются, всегда находятся за пределами границы давления.

Уплотнение клапана

В большинстве клапанов используется набивка той или иной формы для предотвращения утечки из пространства между штоком и крышкой.Набивка обычно представляет собой волокнистый материал (например, лен) или другой состав (например, тефлон), который образует уплотнение между внутренними частями клапана и внешней стороной, где шток проходит через корпус.

Набивка клапана должна быть должным образом сжата, чтобы предотвратить потерю жидкости и повреждение штока клапана. Если уплотнение клапана слишком ослаблено, клапан будет протекать, что представляет собой угрозу безопасности. Если набивка будет слишком тугой, это ухудшит движение и, возможно, повредит шток.

Введение в типы клапанов

Из-за разнообразия типов систем, жидкостей и сред, в которых должны работать клапаны, было разработано огромное количество типов клапанов.Примерами общих типов являются шаровой клапан, задвижка, шаровой клапан, пробковый клапан, дроссельная заслонка, мембранный клапан, обратный клапан, пережимной клапан и предохранительный клапан. Каждый тип клапана был разработан для удовлетворения конкретных потребностей. Некоторые клапаны способны дросселировать поток, другие типы клапанов могут только останавливать поток, другие хорошо работают в коррозионных системах, а третьи работают с жидкостями под высоким давлением. Каждому типу клапана присущи определенные преимущества и недостатки. Понимание этих различий и того, как они влияют на применение или работу клапана, необходимо для успешной эксплуатации объекта.

Хотя все клапаны имеют одни и те же основные компоненты и функции для управления потоком определенным образом, методы управления потоком могут сильно различаться. В общем, существует четыре метода управления потоком через клапан.

1. Переместите диск или заглушку в отверстие или напротив него (например, шаровой или игольчатый клапан).

2. Проденьте плоскую, цилиндрическую или сферическую поверхность по отверстию (например, задвижки и пробковые клапаны).

3. Поверните диск или эллипс вокруг вала, проходящего по диаметру отверстия (например, дроссельной заслонки или шарового крана).

4. Поместите гибкий материал в проточный канал (например, мембранный и пережимной клапаны).

Каждый метод управления потоком имеет характеристики, которые делают его лучшим выбором для данного применения функции.

Сводка

Следующая важная информация в этой главе резюмируется ниже:

Существует четыре основных типа элементов управления потоком, используемых в конструкции клапана.

1. Переместите диск или заглушку в отверстие или напротив него (например, шаровой или игольчатый клапан).

4. Поместите гибкий материал в проточный канал (например, мембранный и пережимной клапаны).

Негерметичность штока клапана обычно контролируется путем надлежащего сжатия набивки вокруг штока клапана.
Большинство клапанов состоит из семи основных частей.

Задвижки

Задвижка — это клапан с линейным перемещением, используемый для запуска или остановки потока жидкости; однако он не регулирует и не дросселирует поток. Название затвора происходит от внешнего вида диска в потоке. На рисунке 4 изображена задвижка.

Диск задвижки полностью удаляется из потока, когда задвижка полностью открыта. Эта характеристика практически не оказывает сопротивления потоку при открытом клапане. Следовательно, на открытой задвижке наблюдается небольшой перепад давления.

Когда клапан полностью закрыт, поверхность контакта диска с уплотнительным кольцом существует на 360 °, и обеспечивается хорошее уплотнение. При правильном сопряжении диска с уплотнительным кольцом утечка через диск очень небольшая или отсутствует, когда задвижка закрыта.

Рис. 4 Задвижка

При открытии задвижки путь потока увеличивается очень нелинейно по отношению к проценту открытия. Это означает, что расход не изменяется равномерно с ходом штока. Кроме того, частично открытый диск затвора имеет тенденцию вибрировать от потока жидкости.Большая часть изменения потока происходит около отсечки с относительно высокой скоростью жидкости, вызывая износ диска и седла и возможную утечку, если используется для регулирования потока. По этим причинам задвижки не используются для регулирования или дросселирования потока.

Задвижка может использоваться для самых разных жидкостей и обеспечивает герметичное уплотнение в закрытом состоянии. Основные недостатки использования задвижки:

Она не подходит для дросселирования.
В частично открытом состоянии склонен к вибрации.
Он больше подвержен износу седла и диска, чем шаровой клапан.
Ремонт, такой как притирка и шлифовка, как правило, выполнить сложнее.

Конструкция диска задвижки

Задвижки доступны с различными дисками. Классификация задвижек обычно производится по типу используемого диска: сплошной клин, гибкий клин, разрезной клин или параллельный диск.

Сплошные клинья, гибкие клинья и разрезные клинья используются в клапанах с наклонными седлами.Параллельные диски используются в клапанах с параллельными седлами.

Независимо от типа используемого клина или диска, диск обычно можно заменить. В тех случаях, когда твердые частицы или высокая скорость могут вызвать быструю эрозию седла или диска, эти компоненты должны иметь высокую твердость поверхности и должны иметь сменные седла, а также диски. Если седла не подлежат замене, повреждение седла требует снятия клапана с линии для повторной замены седла или замены седла на место. Клапаны, используемые для защиты от коррозии, обычно должны иметь сменные седла.

Цельноклиновая задвижка

Рис. 5 Задвижка цельноклиновая

Задвижка цельноклиновая, показанная на рис. 5, является наиболее часто используемым диском из-за своей простоты и прочности. Клапан с этим типом клина может быть установлен в любом положении и подходит почти для всех жидкостей. Это практично для турбулентного потока.

Гибкий клин

Рисунок 6 Клиновая запорная задвижка

Гибкая клиновая задвижка, показанная на Рисунке 6, представляет собой цельный диск с вырезом по периметру для улучшения возможности согласования погрешности или изменения угла между седлами.Вырез различается по размеру, форме и глубине. Неглубокий узкий разрез дает небольшую гибкость, но сохраняет прочность. Более глубокий и широкий вырез или углубление для литья оставляет мало материала в центре, что обеспечивает большую гибкость, но снижает прочность.

Правильный профиль половины диска на рисунке 6 Гибкая клиновая задвижка Конструкция гибкого клина может обеспечить однородные свойства отклонения на краю диска, так что заклинивающее усилие, приложенное в посадке, будет равномерно и плотно прижимать посадочную поверхность диска к седлу. .

Рис. 6 Клиновая задвижка Felxiable Клиновая задвижка

Задвижки, используемые в паровых системах, имеют гибкие клинья. Причина использования гибкой заслонки заключается в том, чтобы предотвратить заклинивание заслонки внутри клапана, когда клапан находится в закрытом положении. При нагревании паропроводов они расширяются и вызывают некоторую деформацию корпусов клапанов. Если сплошная заслонка плотно прилегает к седлу клапана в системе холодного пара, когда система нагревается и трубы удлиняются, седла будут прижиматься к заслонке и закрывать клапан.Эта проблема решается за счет использования гибкого затвора, конструкция которого позволяет затвору изгибаться, когда седло клапана сжимает его.

Основная проблема, связанная с гибкими воротами, заключается в том, что вода имеет тенденцию скапливаться в шейке тела. При определенных условиях попадание пара может привести к разрыву шейки корпуса клапана, отрыву крышки или разрушению седла. Эти проблемы можно предотвратить, соблюдая правильные процедуры нагрева.

Раздельный клин

Рисунок 7 Задвижка с разрезным клином

Задвижки с разрезным клином, как показано на Рисунке 7, имеют конструкцию с шаровой головкой.Они саморегулируются и выравниваются по обеим опорным поверхностям. Диск может свободно приспосабливаться к посадочной поверхности, если половина диска немного не выровнена из-за попадания посторонних предметов между половиной диска и седлом. Этот тип клина подходит для работы с неконденсирующимися газами и жидкостями при нормальных температурах, особенно с агрессивными жидкостями. Свобода движения диска в держателе предотвращает заедание, даже если клапан мог быть закрыт в горячем состоянии и позже сжался из-за охлаждения.Этот тип клапана должен быть установлен со штоком в вертикальном положении.

Параллельный диск

Задвижка с параллельным диском, показанная на Рисунке 8, предназначена для предотвращения заклинивания клапана из-за тепловых переходных процессов. Эта конструкция используется как при низком, так и при высоком давлении.

Поверхности клина между половинками параллельных торцевых дисков сжимаются друг с другом под действием усилия штока и раздвигают диски для уплотнения их седел. Конические клинья могут быть частью половин диска или отдельными элементами.Нижний клин может выходить на выступ на дне клапана, так что шток может развивать посадочное усилие. В одной версии контактные поверхности клина изогнуты, чтобы поддерживать точку контакта, близкую к оптимальной.

В других параллельных дисковых затворах две половины не раздвигаются под действием клина. Вместо этого давление на входе удерживает диск на выходе из седла. Несущее кольцо поднимает диски, а пружина или пружины удерживают диски отдельно и удерживают их на месте, когда нет давления на входе.

Другая конструкция параллельного диска затвора предусматривает герметизацию только одного порта. В этих конструкциях сторона высокого давления толкает диск (разгружая диск) на стороне высокого давления, но заставляет диск закрыться на стороне низкого давления. В таких конструкциях степень утечки седла имеет тенденцию уменьшаться по мере увеличения перепада давления на седле. Эти клапаны обычно имеют маркировку направления потока, которая показывает, какая сторона является стороной высокого давления (сброса). Следует позаботиться о том, чтобы эти клапаны не были установлены в системе задом наперед.

Рисунок 8 Задвижка с параллельными дисками

Некоторые задвижки с параллельными дисками, используемые в системах высокого давления, имеют встроенную вентиляционную крышку и байпасную линию. Трехходовой клапан используется для установки байпасной линии для выравнивания давления на дисках перед открытием. Когда задвижка закрыта, трехходовой клапан устанавливается так, чтобы вентилировать крышку в ту или иную сторону. Это предотвращает скопление влаги в капоте. В закрытом состоянии трехходовой клапан устанавливается на стороне высокого давления задвижки, чтобы поток не проходил в обход стопорного клапана.Высокое давление противодействует сжатию пружины и выталкивает одну заслонку из гнезда. Трехходовой клапан отводит этот поток обратно к источнику давления.

Конструкция штока задвижки

Задвижки классифицируются как задвижки с выдвижным штоком или задвижки с обратным штоком. Для задвижки с обратным штоком шток ввинчивается на нижнем конце в задвижку. Когда маховик на штоке вращается, заслонка перемещается вверх или вниз по штоку по резьбе, в то время как шток остается вертикально неподвижным.Клапан этого типа почти всегда имеет индикатор стрелочного типа, навинченный на верхний конец штока, чтобы указать положение клапана. На рисунках 2 и 3 показаны задвижки с выдвижным штоком и задвижки с обратным штоком.

При невыдвижной конфигурации штока резьба штока находится внутри границы, установленной сальником клапана, вне контакта с окружающей средой. Такая конфигурация гарантирует, что шток просто вращается в набивке без особой опасности переноса грязи в набивку снаружи внутрь.

Задвижки с поднимающимся штоком сконструированы таким образом, что шток поднимается из пути потока, когда задвижка открыта. Задвижки с выдвижным штоком бывают двух основных исполнений. У некоторых шток поднимается через маховик, в то время как у других шток навинчивается на крышку.

Конструкция седла задвижки

Седла для задвижек поставляются либо за одно целое с корпусом клапана, либо в конструкции типа седла. Конструкция седла обеспечивает седла, которые либо ввинчиваются в нужное положение, либо вдавливаются в нужное положение и уплотняют, приваренные к корпусу клапана.Последняя форма конструкции рекомендуется для работы при более высоких температурах.

Встроенные седла обеспечивают седло из того же материала конструкции, что и корпус клапана, в то время как запрессованные или ввинченные седла допускают вариации. Кольца с твердым покрытием могут поставляться там, где они требуются.

Маленькие задвижки из кованой стали могут иметь седла с твердым покрытием, запрессованные в корпус. В некоторых сериях этот тип клапана размером от 1/2 до 2 дюймов рассчитан на работу с паром 2500 фунтов на квадратный дюйм.В больших задвижках диски часто представляют собой сплошные клиновые диски с ввинченными, приваренными или запрессованными кольцами седла. Ввинченные седельные кольца считаются заменяемыми, поскольку они могут быть сняты и установлены новые седельные кольца.

Проходные клапаны

Рисунок 9 Проходной клапан с Z-образным корпусом

Проходной клапан — это клапан с линейным перемещением, используемый для остановки, запуска и регулирования потока жидкости. Шаровой клапан с Z-образным корпусом показан на Рисунке 9.

Как показано на Рисунке 9, диск шарового клапана может быть полностью удален из проточного тракта или полностью перекрыт проточный тракт.Существенным принципом работы шарового клапана является перпендикулярное движение диска от седла. Это приводит к постепенному закрытию кольцевого пространства между диском и седлом при закрытии клапана. Эта характеристика дает шаровому клапану хорошую дроссельную способность, что позволяет использовать его для регулирования потока. Следовательно, шаровой клапан можно использовать как для остановки и запуска потока жидкости, так и для регулирования потока.

По сравнению с задвижкой, шаровая задвижка обычно дает гораздо меньшую утечку через седло.Это связано с тем, что контакт диска с седлом больше под прямым углом, что позволяет усилию закрытия плотно прилегать к диску.

Проходные клапаны могут быть расположены так, что диск закрывается против или в том же направлении потока жидкости. Когда диск закрывается против направления потока, кинетическая энергия жидкости препятствует закрытию, но способствует открытию клапана. Когда диск закрывается в том же направлении потока, кинетическая энергия жидкости способствует закрытию, но препятствует открытию. Эта характеристика предпочтительнее других конструкций, когда необходимы быстродействующие запорные клапаны.

Клапаны запорные тоже имеют недостатки. Наиболее очевидный недостаток простого шарового клапана — высокая потеря напора из-за двух или более поворотов под прямым углом текущей жидкости. Препятствия и разрывы на пути потока приводят к потере напора. В большой линии высокого давления гидродинамические эффекты пульсаций, ударов и перепадов давления могут привести к повреждению трима, уплотнения штока и приводов. Кроме того, для работы клапанов больших размеров требуется значительная мощность, и они особенно шумны при работе с высоким давлением.

Другими недостатками шаровых клапанов являются большие отверстия, необходимые для сборки диска, больший вес, чем у других клапанов с таким же номинальным расходом, и консольное крепление диска к штоку.

Конструкции корпуса шарового клапана

Три основных типа корпуса шарового клапана: Z-образный, Y-образный и угловой.

Z-Body Design

Самой простой конструкцией и наиболее распространенной для водных систем является Z-образная конструкция. Z-образный корпус показан на рис. 9. Для этой конструкции корпуса Z-образная диафрагма или перегородка, проходящая через шаровое тело, содержит седло.Горизонтальная установка седла позволяет штоку и диску перемещаться под прямым углом к оси трубы. Шток проходит через крышку, которая прикреплена к большому отверстию в верхней части корпуса клапана. Это обеспечивает симметричную форму, упрощающую изготовление, установку и ремонт.

Конструкция с Y-образным корпусом

Рисунок 10 Проходной клапан с Y-образным корпусом

На Рисунке 10 показан типичный запорный клапан с Y-образным корпусом. Такая конструкция позволяет избежать высокого перепада давления, присущего запорным клапанам.Седло и шток расположены под углом примерно 45 °. Угол обеспечивает более прямой путь потока (при полном открытии) и обеспечивает шток, крышку и уплотнение относительно устойчивой к давлению оболочкой.

Проходные клапаны с Y-образным корпусом лучше всего подходят для высокого давления и других тяжелых условий эксплуатации. В небольших размерах для прерывистых потоков потеря давления может быть не так важна, как другие соображения в пользу конструкции Y-образного корпуса. Следовательно, проточный канал малых запорных клапанов с Y-образным корпусом не так тщательно оптимизирован, как у более крупных клапанов.

Конструкция углового клапана

Рис. 10 Проходной клапан с Y-образным корпусом

Проходной клапан с угловым корпусом, показанный на Рисунке 11, представляет собой простую модификацию базового проходного клапана. Имея концы под прямым углом, диафрагма может быть простой плоской пластиной. Жидкость может проходить через только один поворот на 90 ° и выходить вниз более симметрично, чем выход из обычного шара. Особое преимущество угловой конструкции корпуса состоит в том, что он может работать как клапан, так и колено трубопровода.

Для умеренных условий давления, температуры и расхода угловой клапан очень похож на обычный шаровой шарнир. Условия нагнетания углового клапана благоприятны с точки зрения гидродинамики и эрозии.

Диски запорного клапана

Рисунок 11 Угловой запорный клапан

В большинстве запорных клапанов используется одна из трех основных конструкций дисков: шаровой диск, составной диск и запорный диск.

Диск шара

Диск шара устанавливается на коническое седло с плоской поверхностью. Конструкция с шаровым диском используется в основном в системах с относительно низким давлением и низкой температурой.Он может регулировать поток, но в основном используется для остановки и запуска потока.

Составной диск

В конструкции составного диска используется жесткое неметаллическое вставное кольцо на диске. Кольцо-вставка обеспечивает более плотное закрытие. Композиционные диски в основном используются в системах с паром и горячей водой. Они устойчивы к эрозии и достаточно эластичны, чтобы закрывать твердые частицы, не повреждая клапан. Композиционные диски сменные.

Диск-заглушка

Из-за своей конфигурации диск-заглушка обеспечивает лучшее дросселирование, чем шаровые или композиционные конструкции.Подключаемые диски доступны во множестве конкретных конфигураций. В общем, все они длинные и сужающиеся.

Соединения диска и штока запорного клапана

Проходные клапаны используют два метода соединения диска и штока: конструкция с Т-образным пазом и конструкция дисковой гайки. В конструкции с Т-образным пазом диск скользит по штоку. В конструкции дисковой гайки диск ввинчивается в шток.

Седла запорных клапанов

Седла запорных клапанов встроены в корпус клапана или привинчены к нему.У многих запорных клапанов есть задние сиденья. Заднее сиденье — это место для сидения, которое обеспечивает уплотнение между штоком и крышкой. Когда клапан полностью открыт, диск упирается в заднее сиденье. Конструкция заднего седла предотвращает повышение давления в системе на сальник клапана.

Проходной клапан Направление потока

Для низкотемпературных применений шаровые и угловые клапаны обычно устанавливаются так, чтобы давление было ниже диска. Это способствует простоте эксплуатации, помогает защитить набивку и устраняет определенное эрозионное воздействие на седло и поверхности дисков.Для работы с паром при высоких температурах запорные клапаны устанавливаются так, чтобы давление было выше диска. В противном случае шток при охлаждении будет сокращаться и поднимать диск с седла.

Шаровые краны

Шаровой кран — это клапан с вращательным движением, в котором используется шарообразный диск для остановки или запуска потока жидкости. Шар, показанный на Рисунке 12, выполняет ту же функцию, что и диск в шаровом клапане. Когда ручка клапана поворачивается, чтобы открыть клапан, шар поворачивается до точки, в которой отверстие в шаре совпадает с впускным и выпускным отверстиями корпуса клапана.Когда клапан закрыт, шар вращается так, чтобы отверстие было перпендикулярно отверстиям потока в корпусе клапана, и поток останавливается.

Большинство приводов для шаровых кранов относятся к быстродействующему типу, для работы с которым требуется поворот рукоятки клапана на 90 °. Другие приводы с шаровыми кранами имеют планетарный редуктор. Этот тип передачи позволяет использовать относительно небольшой маховик и рабочее усилие для управления довольно большим клапаном.

Некоторые шаровые краны были разработаны с плунжером со сферической поверхностью, имеющим покрытие, которое в открытом положении смещено в сторону и вращается в проход, пока не перекрывает его полностью.Посадка осуществляется за счет эксцентрического движения заглушки. Клапан не требует смазки и может использоваться для дросселирования.

Рис. 12 Типичный шаровой кран

Преимущества

Шаровой кран, как правило, является наименее дорогим из всех конфигураций клапана и имеет низкие затраты на техническое обслуживание. Помимо быстрого включения-выключения на четверть оборота, шаровые краны компактны, не требуют смазки и обеспечивают герметичное уплотнение с низким крутящим моментом.

Недостатки

Обычные шаровые краны имеют относительно плохие характеристики дросселирования.В положении дросселирования частично открытое седло быстро разрушается из-за воздействия высокоскоростного потока.

Типы портов

Шаровые клапаны доступны с патрубками Вентури, с уменьшенным и полным отверстиями. Схема с полным отверстием имеет шар с отверстием, равным внутреннему диаметру трубы.

Материалы клапана

Шарики обычно металлические в металлических корпусах с накладкой (седлами), изготовленной из эластомерных (эластичных материалов, напоминающих резину). Также доступна пластиковая конструкция.

Упругие седла шаровых кранов изготавливаются из различных эластомерных материалов. Наиболее распространенными материалами седла являются тефлон (ТФЭ), ТФЭ с наполнителем, нейлон, бутадиен-нитрильный каучук, неопрен и комбинации этих материалов. Из-за эластомерных материалов эти клапаны нельзя использовать при повышенных температурах. При выборе материала седла необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что он совместим с материалами, с которыми работает клапан.

Конструкция штока шарового клапана

Шток шарового крана не прикреплен к шару.Обычно он имеет прямоугольную часть на конце шара, которая входит в прорезь, вырезанную в шаре. Увеличение позволяет вращать шарик при повороте штока.

Конструкция крышки шарового клапана

Крышка крышки прикрепляется к корпусу, который удерживает узел штока и шар на месте. Регулировка крышки крышки допускает сжатие набивки, которая питает уплотнение штока. Уплотнение для штоков шарового клапана обычно представляет собой штампованные уплотнительные кольца, обычно из материала, наполненного ТФЭ, или пропитанного ТФЭ.Некоторые штоки шарового крана уплотняются уплотнительными кольцами, а не набивкой.

Положение шарового клапана

Некоторые шаровые краны оснащены упорами, которые допускают поворот только на 90 °. Другие не имеют упоров и могут поворачиваться на 360 °. С ограничителями или без них, поворот на 90 ° — это все, что требуется для закрытия или открытия шарового крана.

Ручка указывает положение шара клапана. Когда ручка лежит вдоль оси клапана, клапан открыт. Когда ручка лежит на 90 ° поперек оси клапана, клапан закрыт.Некоторые штоки шарового крана имеют на верхней поверхности шток канавку, которая показывает путь потока через шар. Наблюдение за положением канавки указывает на положение порта в шаре. Эта особенность особенно выгодна для многопортовых шаровых кранов.

Пробковые клапаны

Пробковые клапаны — это клапан с вращательным движением, используемый для остановки или запуска потока жидкости. Название происходит от формы диска, который напоминает заглушку. Пробковый клапан показан на Рисунке 13. Самая простая форма пробкового клапана — это петельный кран.Корпус пробкового клапана обрабатывается для установки конической или цилиндрической пробки. Диск представляет собой сплошную заглушку с просверленным каналом под прямым углом к продольной оси заглушки.

Рисунок 13 Пробковый клапан

В открытом положении проход в пробке совпадает с впускным и выпускным портами клапана. Рис. 13 Корпус пробкового клапана. Когда заглушка повернута на 90 ° из открытого положения, твердая часть заглушки блокирует отверстия и останавливает поток жидкости.

Пробковые клапаны доступны в исполнении со смазкой или без смазки и с различными типами отверстий портов через заглушку, а также в различных конструкциях заглушки.

Пробковые отверстия

Важной характеристикой пробкового клапана является его простота адаптации к многопортовой конструкции. Широко используются многопортовые клапаны. Их установка упрощает прокладку трубопроводов, и они обеспечивают более удобную работу, чем несколько задвижек. Они также исключают трубопроводную арматуру. Использование многопортового клапана, в зависимости от количества портов в пробковом клапане, устраняет необходимость в четырех обычных запорных клапанах.

Пробковые клапаны обычно используются в двухпозиционных режимах без дросселирования, особенно там, где требуется частая работа клапана.Эти клапаны обычно не рекомендуются для дросселирования, потому что, как и в случае с задвижкой, высокий процент изменения потока происходит вблизи отсечки при высокой скорости. Однако ромбовидный порт был разработан для дросселирования.

Многопортовые пробковые клапаны

Многопортовые клапаны особенно полезны на передаточных линиях и в отводных системах. Один многопортовый клапан может быть установлен вместо трех или четырех задвижек или других типов запорных клапанов. Недостатком является то, что многие конфигурации многопортовых клапанов полностью не перекрывают поток.

В большинстве случаев всегда открыт один путь потока. Эти клапаны предназначены для отвода потока в одной линии и перекрытия потока в других линиях. Если требуется полное перекрытие потока, необходимо использовать тип многопортового клапана, который позволяет это, или следует установить вторичный клапан на основной линии перед многопортовым клапаном, чтобы обеспечить полное перекрытие потока.

В некоторых многопортовых конфигурациях также возможен одновременный поток к более чем одному порту.Следует проявлять особую осторожность при указании конкретного расположения портов, необходимого для обеспечения возможности правильной работы.

Плунжерные клапанные диски

Плунжеры могут быть круглыми или цилиндрическими с конусом. Они могут иметь различные типы отверстий для портов, каждое с различной степенью площади относительно соответствующего внутреннего диаметра трубы.

Прямоугольная заглушка порта

Наиболее распространенной формой порта является прямоугольный порт. Прямоугольный порт составляет не менее 70% площади поперечного сечения соответствующей трубы.

Заглушка с круглым отверстием

Заглушка с круглым отверстием — это термин, обозначающий клапан, имеющий круглое отверстие в заглушке. Если размер порта равен или больше внутреннего диаметра трубы, он называется полным портом. Если отверстие меньше внутреннего диаметра трубы, порт называется стандартным круглым отверстием. Клапаны со стандартными круглыми портами используются только там, где ограничение потока не имеет значения.

Алмазная заглушка порта

Алмазная заглушка порта имеет отверстие в форме ромба, проходящее через заглушку.Эта конструкция предназначена для дросселирования. Все клапаны с алмазным портом относятся к типу Вентури с ограничением потока.

Конструкция пробкового клапана со смазкой

Зазоры и предотвращение утечек являются главными соображениями при использовании пробковых клапанов. Многие пробковые клапаны имеют цельнометаллическую конструкцию. В этих версиях узкий зазор вокруг заглушки может привести к утечке. Если зазор уменьшить за счет более глубокого погружения конической заглушки в корпус, крутящий момент срабатывания быстро возрастает и может возникнуть истирание. Чтобы исправить это состояние, ряд канавок вокруг корпуса и отверстия для заглушки смазываются перед срабатыванием.Нанесение смазки смазывает движение плунжера и закрывает зазор между плунжером и корпусом. Смазка, впрыскиваемая в фитинг в верхней части штока, проходит вниз через обратный клапан в канале, мимо верха плунжера к канавкам на плунжере и вниз к глубине под плунжером. Смазка должна соответствовать температуре и характеру жидкости. Все производители запорных клапанов со смазкой разработали серию смазочных материалов, совместимых с широким спектром сред. Следует следовать их рекомендациям относительно того, какой смазочный материал лучше всего подходит для обслуживания.

Наиболее распространенными жидкостями, контролируемыми пробковыми клапанами, являются газы и жидкие углеводороды. Некоторые водопроводы имеют эти клапаны, при условии, что загрязнение смазочного материала не представляет серьезной опасности. Плунжерные клапаны со смазкой могут иметь размер до 24 дюймов и выдерживать давление до 6000 фунтов на квадратный дюйм. Доступны стальные или железные корпуса. Пробка может быть цилиндрической или конической.

Пробки без смазки

Есть два основных типа пробковых клапанов без масла: подъемные и с эластомерной гильзой или пробкой с покрытием.Клапаны подъемного типа позволяют механически слегка приподнять конусную заглушку, чтобы отсоединить ее от посадочной поверхности и обеспечить легкое вращение. Механический подъем может осуществляться с помощью кулачка или внешнего рычага.

В обычном плунжерном клапане без смазки, имеющем эластомерную втулку, втулка из ТФЭ полностью окружает плунжер. Он удерживается и фиксируется на месте металлическим корпусом. Такая конструкция обеспечивает постоянное поддержание первичного уплотнения между втулкой и плунжером независимо от положения.Рукав из ТФЭ прочен и инертен ко всем, за исключением нескольких редко встречающихся химикатов. Он также имеет низкий коэффициент трения и, следовательно, самосмазывающийся.

Установка пробкового клапана с ручным управлением

При установке пробкового клапана следует позаботиться о том, чтобы оставалось место для работы рукоятки, рычага или гаечного ключа. Ручной оператор обычно длиннее клапана, и он поворачивается в положение, параллельное трубе, из положения 90 ° к трубе.

Сальники пробкового клапана

Сальник пробкового клапана эквивалентен крышке задвижки или шарового клапана.Сальник крепит шток в сборе к корпусу клапана. Существует три основных типа сальников: одиночный сальник, резьбовой сальник и сальник на болтах.

Для обеспечения герметичности клапана заглушка должна всегда находиться в седле. Регулировка сальника должна быть достаточно плотной, чтобы не допустить смещения плунжера и воздействия рабочей жидкости на посадочные поверхности. Следует проявлять осторожность, чтобы не перетянуть сальник, что приведет к контакту металла с металлом между корпусом и вилкой. Такой контакт металла с металлом создает дополнительную силу, которая потребует чрезмерных усилий для приведения в действие клапана.

Мембранные клапаны

Мембранный клапан — это клапан с линейным перемещением, который используется для запуска, регулирования и остановки потока жидкости. Название происходит от гибкого диска, который соединяется с седлом, расположенным на открытом пространстве в верхней части корпуса клапана, образуя уплотнение. Мембранный клапан показан на Рисунке 14.

Рисунок 14 Прямоточный диафрагменный клапан Мембранные клапаны

, по сути, представляют собой простые клапаны с пережимным зажимом. Упругая гибкая диафрагма соединена с компрессором шпилькой, встроенной в диафрагму.Компрессор перемещается вверх и вниз за шток клапана. Следовательно, диафрагма поднимается при подъеме компрессора. Когда компрессор опускается, диафрагма прижимается к профилированному дну в проходном клапане, показанном на рисунке 14, или к перемычке корпуса в водосливном клапане, показанном на рисунке 15.

Мембранные клапаны

также могут использоваться для дросселирования. Дроссельный клапан лучше всего подходит для дроссельной заслонки, но ее диапазон ограничен. Его дросселирующие характеристики по существу такие же, как у быстро открывающегося клапана из-за большой площади перекрытия вдоль седла.

Доступен мембранный клапан водосливного типа для регулирования малых потоков. Он использует двухкомпонентный компрессор. Вместо того, чтобы вся диафрагма отрывалась от водослива при открытии клапана, первые приращения хода штока поднимают внутренний компонент компрессора, который вызывает подъем только центральной части диафрагмы. Это создает относительно небольшое отверстие в центре клапана. После того, как внутренний компрессор полностью открыт, внешний компонент компрессора поднимается вместе с внутренним компрессором, и остальная часть дросселирования аналогична дросселированию, имеющему место в обычном клапане.

Мембранные клапаны особенно подходят для работы с агрессивными жидкостями, волокнистыми суспензиями, радиоактивными жидкостями или другими жидкостями, которые должны оставаться свободными от загрязнений.

Конструкция мембраны

Рабочий механизм мембранного клапана не подвергается воздействию среды внутри трубопровода. Липкие или вязкие жидкости не могут попасть в капот и повлиять на рабочий механизм. Многие жидкости, которые могут засорить, разъедать или склеивать рабочие части большинства других типов клапанов, проходят через мембранный клапан, не вызывая проблем.И наоборот, смазочные материалы, используемые для рабочего механизма, не могут загрязнять обрабатываемую жидкость. Нет необходимости обслуживать сальники и нет возможности протечки через шток. Имеется широкий выбор доступных материалов мембраны. Срок службы мембраны зависит от характера обрабатываемого материала, температуры, давления и частоты работы.

Некоторые эластомерные материалы мембран могут быть уникальными по своей превосходной стойкости к определенным химическим веществам при высоких температурах. Однако механические свойства любого эластомерного материала будут ухудшаться при более высокой температуре с возможным разрушением диафрагмы при высоком давлении.Следовательно, следует проконсультироваться с производителем, если они используются в условиях повышенных температур.

Рисунок 15 Мембранный клапан Weir

Все эластомерные материалы лучше всего работают при температуре ниже 150 ° F. Некоторые будут работать при более высоких температурах. Витон, например, отличается превосходной химической стойкостью и стабильностью при высоких температурах. Однако при изготовлении диафрагмы витон имеет пониженную прочность на разрыв, как и любой другой эластомерный материал при повышенных температурах.Прочность сцепления с тканью также снижается при повышенных температурах, а в случае витона могут быть достигнуты температуры, при которых прочность сцепления может стать критической.

Концентрации жидкости также необходимо учитывать при выборе диафрагмы. Многие из материалов диафрагмы обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью к определенным коррозионным веществам до определенной концентрации и / или температуры. Эластомер также может иметь ограничение по максимальной температуре, основанное на механических свойствах, которые могут превышать допустимую рабочую температуру в зависимости от его коррозионной стойкости.Это следует проверять по таблице коррозии.

Узлы штока мембранного клапана

Штоки мембранных клапанов не вращаются. Клапаны доступны с показывающим и неиндикационным штоком. Клапан со штоком с индикатором идентичен клапану со штоком без индикатора, за исключением того, что предусмотрен более длинный шток, который проходит через маховик. Для неиндикационной конструкции штока ручной дублер вращает втулку штока, которая входит в зацепление с резьбой штока и перемещает шток вверх и вниз. По мере движения штока движется и компрессор, прикрепленный к штоку.Диафрагма, в свою очередь, прикреплена к компрессору.

Узлы крышки мембранного клапана

В некоторых мембранных клапанах используется быстро открывающаяся крышка и рычажный привод. Эта крышка взаимозаменяема со стандартной крышкой на обычных кузовах водосливного типа. При повороте рычага на 90 ° диафрагма перемещается из полностью открытого состояния в полностью закрытое. Мембранные клапаны также могут быть оснащены цепными приводами колес, удлиненными штоками, приводами конического редуктора, пневматическими приводами и гидравлическими приводами.

Многие мембранные клапаны используются в вакууме.Стандартная конструкция крышки может использоваться в условиях вакуума до 4 дюймов. На клапанах размером 4 дюйма и более следует использовать герметичную откачиваемую крышку. Это рекомендуется для предотвращения преждевременного выхода из строя диафрагмы.

Герметичные крышки поставляются с уплотнительной втулкой для неиндикационных типов и уплотнительной втулкой с уплотнительным кольцом для индикационных типов. Конструкция узла крышки мембранного клапана показана на рисунке 15. Эта конструкция рекомендуется для клапанов, работающих с опасными жидкостями и газами.В случае выхода из строя диафрагмы опасные материалы не будут выброшены в атмосферу. Если обрабатываемые материалы чрезвычайно опасны, рекомендуется предусмотреть средства, позволяющие безопасно удалить коррозию с крышки.

Редукционные клапаны

Редукционные клапаны автоматически снижают давление подачи до предварительно выбранного давления, пока давление питания не ниже выбранного давления. Как показано на Рисунке 16, основными частями редукционного клапана являются главный клапан; клапан с направлением вверх, имеющий поршень наверху штока клапана, вспомогательный (или регулирующий) клапан с направлением вверх, регулирующую диафрагму, а также регулировочную пружину и винт.

Рисунок 16 Регулируемый редукционный клапан

Работа редукционного клапана регулируется высоким давлением на входе клапана и регулировочным винтом наверху клапана в сборе. Давление, поступающее в основной клапан, помогает пружине основного клапана удерживать редукционный клапан закрытым, толкая вверх диск основного клапана. Однако некоторая часть высокого давления сбрасывается во вспомогательный клапан в верхней части основного клапана. Вспомогательный клапан контролирует допуск высокого давления к поршню в верхней части основного клапана.Поршень имеет большую площадь поверхности, чем диск основного клапана, в результате чего возникает чистая направленная вниз сила, открывающая основной клапан. Вспомогательный клапан управляется регулирующей диафрагмой, расположенной непосредственно над вспомогательным клапаном.

Управляющая диафрагма передает направленную вниз силу, которая стремится открыть вспомогательный клапан. Направляющая вниз сила создается регулировочной пружиной, которая регулируется регулировочным винтом. Пониженное давление из выпускного отверстия главного клапана стравливается обратно в камеру под диафрагмой, чтобы противодействовать направленной вниз силе регулирующей пружины.Положение вспомогательного клапана и, в конечном итоге, положение главного клапана определяется положением диафрагмы. Положение диафрагмы определяется силой противодействующих сил направленной вниз регулирующей пружины по сравнению с направленной вверх силой пониженного давления на выходе. Другие редукционные клапаны работают по тому же основному принципу, но могут использовать газовое, пневматическое или гидравлическое управление вместо регулировочной пружины и винта.

Непеременные редукционные клапаны, показанные на Рисунке 17, заменяют регулировочную пружину и винт на предварительно герметизированный купол над диафрагмой.Шток клапана напрямую или косвенно соединен с диафрагмой. Пружина клапана под диафрагмой удерживает клапан в закрытом состоянии. Как и в регулируемом клапане, пониженное давление сбрасывается через отверстие под диафрагму, чтобы открыть клапан. Положение клапана определяется силой противодействующих сил направленной вниз силы предварительно находящегося под давлением купола по сравнению с направленной вверх силой пониженного давления на выходе.

Рисунок 17 Непеременный редукционный клапан

Непеременные редукционные клапаны устраняют необходимость в промежуточном вспомогательном клапане, который используется в регулируемых редукционных клапанах, поскольку противоположные силы действуют непосредственно на мембрану.Следовательно, непеременные редукционные клапаны более чувствительны к большим колебаниям давления и менее подвержены отказу, чем регулируемые редукционные клапаны.

Пережимные клапаны

Рисунок 18 Пережимные клапаны

Относительно недорогой пережимной клапан, рис. 18 Пережимные клапаны, показанный на рис. 18, является самым простым из клапанов любой конструкции. Это просто промышленная версия пережимного крана, используемого в лаборатории для управления потоком жидкости через резиновые трубки.

Пережимные клапаны подходят для двухпозиционного и дроссельного режимов.Однако эффективный диапазон дросселирования обычно составляет от 10% до 95% от номинальной пропускной способности.

Пережимные клапаны идеально подходят для перекачивания шламов, жидкостей с большим количеством взвешенных твердых частиц и систем, которые транспортируют твердые частицы пневматически. Поскольку рабочий механизм полностью изолирован от жидкости, эти клапаны также находят применение там, где коррозия или металлическое загрязнение жидкости могут быть проблемой.

Пережимной регулирующий клапан состоит из гильзы из резины или другого синтетического материала и сжимающего механизма.Все рабочие части находятся полностью вне клапана. Формованная втулка называется корпусом клапана.

Корпуса пережимных клапанов изготавливаются из натуральных и синтетических каучуков и пластмасс, которые обладают хорошей стойкостью к истиранию. Эти свойства допускают незначительное повреждение клапанной втулки, тем самым обеспечивая практически беспрепятственный поток. Втулки доступны либо с удлиненными ступицами и зажимами, предназначенными для прохождения через конец трубы, либо с фланцевым концом, имеющим стандартные размеры.

Корпуса пережимных клапанов

Пережимные клапаны имеют формованные корпуса, армированные тканью. Пережимные клапаны обычно имеют максимальную рабочую температуру 250 ° F. При 250 ° F максимальное рабочее давление обычно изменяется от 100 фунтов на кв. Дюйм для клапана диаметром 1 дюйм и уменьшается до 15 фунтов на кв. Дюйм для клапана диаметром 12 дюймов. Специальные пережимные клапаны доступны для диапазонов температур от -100 ° F до 550 ° F и рабочего давления 300 фунтов на кв.

Большинство пережимных клапанов поставляются с открытой втулкой (корпусом клапана).Другой стиль полностью закрывает рукав внутри металлического корпуса. Этот тип регулирует поток либо с помощью обычного устройства для зажима колеса и винта, гидравлически или пневматически с давлением жидкости или газа внутри металлического корпуса, заставляя стенки втулки вместе перекрывать поток.

Наиболее открытые клапанные клапаны имеют ограниченное применение вакуума из-за тенденции гильз к сжатию при приложении вакуума. Некоторые клапаны в кожухе могут использоваться в условиях вакуума, создавая вакуум внутри металлического кожуха и, таким образом, предотвращая сжатие рукава.

Дроссельные заслонки

Рисунок 19 Типичный дисковый затвор

Дроссельный клапан, показанный на Рисунке 19, представляет собой поворотный клапан, который используется для остановки, регулирования и запуска потока жидкости. Дроссельные заслонки легко и быстро работают, потому что поворот ручки на 90 ° переводит диск из полностью закрытого в полностью открытое положение. Дроссельные заслонки большего размера приводятся в действие маховиками, соединенными со штоком через шестерни, которые обеспечивают механическое преимущество за счет скорости.

Поворотные дисковые затворы обладают многими преимуществами перед задвижками, проходными, пробковыми и шаровыми кранами, особенно для больших клапанов.Экономия веса, места и стоимости — наиболее очевидные преимущества. Затраты на техническое обслуживание обычно невысоки, поскольку количество движущихся частей минимально и отсутствуют карманы для захвата жидкостей.

Поворотные дисковые затворы особенно хорошо подходят для работы с большими потоками жидкостей или газов при относительно низком давлении, а также для перекачки суспензий или жидкостей с большим количеством взвешенных твердых частиц.

Поворотные дисковые затворы построены по принципу трубной заслонки. Элемент управления потоком представляет собой диск примерно того же диаметра, что и внутренний диаметр примыкающей трубы, который вращается либо по вертикальной, либо по горизонтальной оси.Когда диск расположен параллельно участку трубопровода, клапан полностью открыт. Когда диск приближается к перпендикулярному положению, клапан закрывается. Промежуточные положения для дросселирования могут быть зафиксированы на месте с помощью устройств блокировки ручки.

Конструкция седла дроссельной заслонки

Остановка потока достигается за счет уплотнения диска клапана относительно седла, которое находится на периферии внутреннего диаметра корпуса клапана. Многие поворотные дисковые затворы имеют эластомерное седло, к которому прилегает диск.Другие поворотные дисковые затворы имеют конструкцию уплотнительного кольца, в которой используется зажимное кольцо и опорное кольцо на резиновом кольце с зубчатыми краями. Такая конструкция предотвращает выдавливание уплотнительных колец. В ранних конструкциях металлический диск использовался для уплотнения металлического седла. Эта конструкция не обеспечивала герметичного закрытия, но обеспечивала достаточное перекрытие в некоторых приложениях (например, в линиях распределения воды).

Конструкция корпуса дискового затвора

Конструкция корпуса дискового затвора может быть разной. Наиболее экономичным считается вафельный тип, который устанавливается между двумя фланцами трубопровода.Другой тип, конструкция пластин с проушинами, удерживается на месте между двумя фланцами трубы с помощью болтов, которые соединяют эти два фланца и проходят через отверстия во внешнем корпусе клапана. Поворотные дисковые затворы доступны с обычными фланцевыми концами для крепления к фланцам трубопровода, а также с резьбовым концом.

Узлы дискового затвора и штока

Шток и диск дискового затвора являются отдельными деталями. Диск расточен под шток. Для крепления диска к штоку используются два метода, так что диск вращается при повороте штока.В первом способе диск просверливается и крепится к штоку болтами или штифтами. Альтернативный метод включает растачивание диска, как и раньше, а затем формирование отверстия верхнего штока, чтобы оно соответствовало квадратному или шестигранному штоку. Этот метод позволяет диску «плавать» и искать свой центр в седле. Обеспечивается равномерное уплотнение и устраняются внешние крепления штока. Этот метод сборки выгоден в случае дисков с покрытием и в коррозионных средах.

Чтобы диск удерживался в правильном положении, шток должен выступать за нижнюю часть диска и входить во втулку в нижней части корпуса клапана.Одна или две аналогичные втулки также расположены вдоль верхней части штока. Эти вводы должны быть либо устойчивы к обрабатываемым средам, либо быть герметичными, чтобы коррозионные среды не могли контактировать с ними.

Уплотнения штока выполняются либо с набивкой в стандартной сальниковой коробке, либо с помощью кольцевых уплотнений. Некоторые производители клапанов, особенно те, которые специализируются на работе с коррозионно-активными материалами, размещают уплотнение штока внутри клапана, чтобы никакой материал, обрабатываемый клапаном, не мог контактировать со штоком клапана.Если используется сальник или внешнее уплотнительное кольцо, жидкость, проходящая через клапан, будет контактировать со штоком клапана.

Игольчатые клапаны

Рис. 20 Игольчатый клапан

Игольчатый клапан, как показано на Рис. 20, используется для относительно точной регулировки количества потока жидкости.

Отличительной особенностью игольчатого клапана является длинное коническое игольчатое острие на конце стержня клапана. Эта «игла» действует как диск. Более длинная часть иглы меньше отверстия в седле клапана и проходит через отверстие перед седлом иглы.Такое расположение позволяет очень постепенно увеличивать или уменьшать размер отверстия. Игольчатые клапаны часто используются как составные части других, более сложных клапанов. Например, они используются в некоторых типах редукционных клапанов.

Применение игольчатого клапана

Большинство регуляторов насоса постоянного давления имеют игольчатые клапаны, чтобы минимизировать влияние колебаний давления нагнетания насоса. Игольчатые клапаны также используются в некоторых компонентах автоматических систем управления сгоранием, где требуется очень точное регулирование расхода.

Конструкции корпуса игольчатого клапана

Одним из типов конструкции корпуса игольчатого клапана является корпус стержня стержня. Корпуса прутка являются обычными, и в шаровых типах шарнир, вращающийся в штоке, обеспечивает необходимое вращение для посадки без повреждений. Корпус прутка показан на рисунке 21.

Рисунок 21 Инструментальный клапан прутка

Игольчатые клапаны часто используются в качестве дозирующих клапанов. Дозирующие клапаны используются для очень точного регулирования расхода. Тонкий диск или отверстие обеспечивает линейные характеристики потока.Следовательно, количество оборотов маховика может быть напрямую связано с количеством потока. Типичный дозирующий клапан имеет шток с резьбой 40 на дюйм.

Игольчатые клапаны обычно используют один из двух типов набивки штока: уплотнительное кольцо с кольцевыми прокладками из TFE или цилиндр сальника из TFE. Игольчатые клапаны часто оснащены сменными седлами для простоты обслуживания.

Обратные клапаны

Обратные клапаны предназначены для предотвращения реверсирования потока в системе трубопроводов. Эти клапаны активируются потоком материала в трубопроводе.Давление жидкости, проходящей через систему, открывает клапан, в то время как любое изменение направления потока закрывает клапан. Закрытие осуществляется за счет веса контрольного механизма, противодавления, пружины или комбинации этих средств. Общие типы обратных клапанов — поворотные, поворотно-дисковые, поршневые, дроссельные и стопорные.

Поворотные обратные клапаны

Поворотный обратный клапан показан на рисунке 22. Клапан обеспечивает полный беспрепятственный поток и автоматически закрывается при понижении давления.Эти клапаны полностью закрываются, когда поток достигает нуля, и предотвращают обратный поток. Турбулентность и перепад давления внутри клапана очень низкие.

Рисунок 22 Поворотный обратный клапан

Поворотный обратный клапан обычно рекомендуется для использования в системах, в которых используются задвижки, поскольку из-за низкого перепада давления на клапане, рис. 22. Поворотные обратные клапаны доступны с Y-образным или прямым корпусом. Прямой обратный клапан показан на рис. 22. В обоих вариантах диск и шарнир подвешиваются к корпусу с помощью шарнирного пальца.Сиденье металлическое или металлическое к композитному диску. Композиционные диски обычно рекомендуются для тех служб, где в жидкости могут присутствовать грязь или другие частицы, где нежелателен шум или где требуется принудительная отсечка.

Обратные поворотные клапаны с прямым корпусом содержат диск, который шарнирно закреплен вверху. Диск плотно прилегает к седлу, которое составляет одно целое с корпусом. Этот тип обратного клапана обычно имеет сменные седельные кольца. Посадочная поверхность расположена под небольшим углом, чтобы обеспечить более легкое открывание при более низком давлении, более надежное уплотнение и меньший удар при закрытии при более высоком давлении.

Обратные клапаны с поворотным механизмом обычно устанавливаются вместе с задвижками, поскольку они обеспечивают относительно свободный поток. Они рекомендуются для линий с низкой скоростью потока и не должны использоваться в линиях с пульсирующим потоком, когда постоянные колебания или удары могут быть разрушительными для опорных элементов. Частично это состояние можно исправить с помощью внешнего рычага и груза.

Обратные клапаны с наклонным диском

Обратный клапан с наклонным диском, показанный на Рис. 23, аналогичен обратному клапану с поворотным диском.Как и механизм поворота, поворотный диск сохраняет низкое гидравлическое сопротивление и турбулентность благодаря своей прямоточной конструкции.

Рисунок 23 Работа обратного клапана с наклонным диском

Обратные клапаны с наклонным диском могут быть установлены в горизонтальных и вертикальных линиях, направленных вверх. Рисунок 23 Работа обратного клапана с наклонным диском. Некоторые конструкции просто помещаются между двумя поверхностями фланца и обеспечивают компактную и легкую установку, особенно в клапанах большего диаметра.

Диск поднимается над седлом, чтобы открыть клапан.Аэродинамическая конструкция диска позволяет ему «плыть» по потоку. Дисковые упоры, встроенные в корпус, позиционируют диск для оптимальных характеристик потока. Большая полость в теле помогает минимизировать ограничение потока. Когда поток уменьшается, диск начинает закрываться и уплотняется до того, как возникает обратный поток. Противодавление на диск перемещает его через мягкое уплотнение в металлическое седло для плотного перекрытия без захлопывания. Если давление обратного потока недостаточно для создания герметичного уплотнения, клапан может быть оснащен внешним рычагом и грузом.

Эти клапаны доступны с мягким уплотнительным кольцом, металлическим седлом или уплотнением металл-металл. Последний рекомендуется для работы при высоких температурах. Мягкие уплотнительные кольца можно заменить, но для замены клапан необходимо снять с линии.

Обратные клапаны подъема

Обратный клапан подъема, показанный на Рисунке 24, обычно используется в системах трубопроводов, в которых шаровые клапаны используются в качестве клапана регулирования потока. Они имеют такое же расположение сидений, что и шаровые клапаны.

Подъемные обратные клапаны подходят для установки на горизонтальных или вертикальных линиях с восходящим потоком. Они рекомендуются для использования с паром, воздухом, газом, водой и на паропроводах с высокой скоростью потока. Эти клапаны доступны в трех вариантах корпуса: горизонтальном, угловом и вертикальном.

Рисунок 24 Подъемный обратный клапан

Поток для подъема обратных клапанов всегда должен входить ниже седла. Когда поток входит, диск или шар поднимается в направляющих от седла под давлением восходящего потока.Когда поток останавливается или меняет направление, диск или шар прижимается к седлу клапана под действием как обратного потока, так и силы тяжести.

Некоторые типы подъемных обратных клапанов можно устанавливать горизонтально. В этой конструкции мяч подвешен системой направляющих ребер. Этот тип конструкции обратного клапана обычно используется в пластиковых обратных клапанах.

Седла обратных клапанов подъема с металлическим кузовом либо выполнены за одно целое с корпусом, либо содержат заменяемые кольца седла. Конструкция диска аналогична конструкции диска шарового клапана с металлическими или композиционными дисками.Металлические дисковые и седельные клапаны можно переточить, используя те же методы, что и для шаровых клапанов.

Поршневые обратные клапаны

Рисунок 25 Поршневой обратный клапан

Поршневой обратный клапан, показанный на Рисунке 25, по сути является обратным клапаном подъема. Он имеет демпфер, состоящий из поршня и цилиндра, который обеспечивает эффект амортизации во время работы. Из-за схожести конструкции с подъемными обратными клапанами характеристики потока через поршневой обратный клапан по существу такие же, как через подъемный обратный клапан.

Установка такая же, как и при проверке лифта, в том, что поток должен поступать из-под сиденья. Конструкция седла и диска поршневого обратного клапана такая же, как у подъемных обратных клапанов.

Поршневые обратные клапаны используются в основном вместе с проходными и угловыми клапанами в системах трубопроводов, в которых очень часто меняется направление потока. Клапаны этого типа используются в водяных, паровых и воздушных системах.

Дисковый обратный клапан

Рисунок 26 Дисковый обратный клапан

Дисковые обратные клапаны имеют расположение посадки, аналогичное расположению седел дисковых затворов.Характеристики потока через эти обратные клапаны аналогичны характеристикам потока через дроссельные заслонки. Следовательно, обратные дисковые затворы довольно часто используются в системах с дисковыми затворами. Кроме того, конструкция корпуса дроссельного обратного клапана такова, что имеется достаточно места для беспрепятственного движения диска дроссельной заслонки внутри корпуса обратного клапана без необходимости установки прокладок.

Конструкция обратного клапана-бабочки основана на гибком уплотнительном элементе, прилегающем к отверстию корпуса клапана под углом 45 °.Небольшое расстояние, на которое диск должен переместиться от полностью открытого до полностью закрытого, препятствует «хлопающему» действию, наблюдаемому в некоторых других типах обратных клапанов. На рис. 26 показан внутренний узел обратного клапана-бабочки.

Поскольку характеристики потока аналогичны характеристикам потока дисковых затворов, применение этих клапанов во многом такое же. Кроме того, благодаря своей относительно тихой работе они находят применение в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Простота конструкции также позволяет изготавливать их в больших диаметрах — до 72 дюймов.

Как и в случае дроссельных заслонок, основная конструкция корпуса позволяет устанавливать вкладыши седла, изготовленные из многих материалов. Это позволяет сконструировать устойчивый к коррозии клапан с меньшими затратами, чем было бы, если бы было необходимо сконструировать весь корпус из более высокого сплава или более дорогого металла. Это особенно верно для таких конструкций, как титановые.

Гибкие уплотнительные элементы доступны в стандартном исполнении из бутадиен-нитрильного каучука, неопрена, Nordel, Hypalon, Viton, Tyon, уретана, бутила, силикона и ТФЭ, а другие материалы доступны по специальному заказу.

Корпус клапана по существу представляет собой отрезок трубы, снабженной фланцами или имеющей резьбовые, рифленые или гладкие концы. Интерьер проработан до мелочей. Фланцевые концевые узлы могут иметь гильзы из различных металлов или пластмасс, в зависимости от требований эксплуатации. Внутренние детали и застежки всегда из того же материала, что и вкладыш.

Дисковые обратные клапаны могут быть установлены горизонтально или вертикально с вертикальным потоком вверх или вниз. Следует позаботиться о том, чтобы клапан был установлен так, чтобы входящий поток исходил от конца шарнирной стойки клапана; в противном случае весь поток будет остановлен.

Запорные обратные клапаны

Рисунок 27 Запорный обратный клапан

Запорный обратный клапан, показанный на Рисунке 27, представляет собой комбинацию подъемного обратного клапана и шарового клапана. Он имеет шток, который в закрытом состоянии предотвращает соскальзывание диска с седла и обеспечивает плотное уплотнение (аналогично шаровому клапану). Когда шток приводится в открытое положение, клапан работает как проверка подъема. Шток не соединен с диском и предназначен для плотного закрытия клапана или ограничения хода диска клапана в открытом направлении.

Предохранительные и предохранительные клапаны

Предохранительные и предохранительные клапаны предотвращают повреждение оборудования за счет сброса случайного избыточного давления в жидкостных системах. Основное различие между предохранительным клапаном и предохранительным клапаном — это степень открытия при заданном давлении.

Предохранительный клапан, показанный на Рисунке 28, постепенно открывается, когда давление на входе превышает заданное значение. Предохранительный клапан открывается только при необходимости сбросить избыточное давление. Предохранительный клапан, показанный на Рисунке 29, быстро полностью открывается, как только достигается заданное давление.Предохранительный клапан будет оставаться полностью открытым до тех пор, пока давление не упадет ниже давления сброса. Давление сброса ниже уставки давления срабатывания. Разница между уставкой давления срабатывания и давлением, при котором предохранительный клапан срабатывает, называется продувкой. Продувка выражается в процентах от заданного давления срабатывания.

Рисунок 28 Предохранительный клапан

Предохранительный клапан обычно используется для несжимаемых жидкостей, таких как вода или масло. Предохранительные клапаны обычно используются для сжимаемых жидкостей, таких как пар или другие газы.Предохранительные клапаны часто можно отличить по наличию внешнего рычага в верхней части корпуса клапана, который используется для проверки работоспособности.

Как показано на Рисунке 29, давление в системе создает силу, которая пытается оттолкнуть диск предохранительного клапана от его седла. Давление пружины на шток прижимает диск к седлу. При давлении, определяемом сжатием пружины, давление в системе превышает давление пружины, и предохранительный клапан открывается. Когда давление в системе сбрасывается, клапан закрывается, когда давление пружины снова превышает давление в системе.Большинство предохранительных и предохранительных клапанов открываются против усилия пружины сжатия. Уставка давления регулируется поворотом регулировочных гаек в верхней части вилки для увеличения или уменьшения сжатия пружины.

Рисунок 29 Предохранительный клапан

Предохранительные клапаны с пилотным управлением

Предохранительные клапаны с пилотным управлением предназначены для поддержания давления за счет использования небольшого прохода к верхней части поршня, который соединен со штоком, так что давление в системе закрывает главный предохранительный клапан клапан. Когда небольшой пилотный клапан открывается, давление в поршне сбрасывается, и давление в системе под диском открывает главный предохранительный клапан.Такие пилотные клапаны обычно управляются соленоидом, при этом возбуждающий сигнал исходит от систем измерения давления.

Сводка

Следующая важная информация в этой главе резюмируется ниже.

Задвижки обычно используются в системах, где требуется низкое гидравлическое сопротивление для полностью открытого клапана и нет необходимости дросселировать поток.
Проходные клапаны используются в системах, где желательны хорошие характеристики дросселирования и низкая утечка через седло, а также приемлемы относительно высокие потери напора в открытом клапане.
Шаровые краны допускают быстрое включение и выключение на четверть оборота и имеют плохие характеристики дросселирования. Пробковые клапаны часто используются для направления потока между несколькими разными портами за счет использования одного клапана.
Мембранные клапаны и пережимные клапаны используются в системах, где желательно, чтобы весь рабочий механизм был полностью изолирован от жидкости.
Поворотные дисковые затворы обеспечивают значительные преимущества по сравнению с клапанами других конструкций по весу, пространству и стоимости для больших клапанов.
Обратные клапаны автоматически открываются для обеспечения потока в одном направлении и седла для предотвращения потока в обратном направлении.
Запорный обратный клапан представляет собой комбинацию подъемного обратного клапана и шарового клапана и сочетает в себе характеристики обоих.
Предохранительные / предохранительные клапаны используются для обеспечения автоматической защиты от избыточного давления в системе .

Введение

Приводы клапанов выбираются на основе ряда факторов, включая крутящий момент, необходимый для работы клапана, и необходимость автоматического срабатывания.Типы приводов включают ручной дублер, ручной рычаг, электродвигатель, пневматические, соленоидные, гидравлические поршневые и самоприводные. Все приводы, кроме ручного маховика и рычага, могут быть адаптированы к автоматическому срабатыванию.

Ручной, фиксированный и молотковый приводы

Рис. 30 Фиксированный маховик

Ручные приводы могут перемещать клапан в любое положение, но не допускают автоматического управления. Самый распространенный тип механического привода — маховик. К этому типу относятся маховики, прикрепленные к штоку, штурвалы-молотки и штурвалы, соединенные со штоком через шестерни.

Маховики, прикрепленные к штоку

Как показано на Рисунке 30, штурвалы, прикрепленные к штоку, обеспечивают только механическое преимущество колеса. Когда эти клапаны подвергаются воздействию высоких рабочих температур, их заедание затрудняет работу.

Маховик с молотком

Рисунок 31 Маховик с молотком

Как показано на рисунке 31, маховик с молотком свободно проходит часть своего поворота, а затем ударяется о выступ на вспомогательном колесе. Второстепенное колесо прикреплено к штоку клапана.При таком расположении клапан может быть плотно закрыт для плотного закрытия или открываться, если он застрял в закрытом состоянии.

Шестерни

Рисунок 32 Головка с ручным приводом

Если для клапана с ручным управлением требуется дополнительное механическое преимущество, крышка клапана оснащается головками с ручным приводом, как показано на рисунке 32. К валу шестерни прикрепляется специальный гаечный ключ или маховик. позволяет одному человеку управлять клапаном, когда могут потребоваться два человека без преимущества передачи.Поскольку для одного оборота штока клапана необходимо несколько оборотов шестерни, время работы больших клапанов исключительно велико. Использование переносных пневмодвигателей, подключенных к валу-шестерне, сокращает время работы клапана.

Электродвигатели Приводы

Электродвигатели допускают ручное, полуавтоматическое и автоматическое управление арматурой. Двигатели используются в основном для функций открытия-закрытия, хотя они могут быть адаптированы для позиционирования клапана в любой точке открытия, как показано на рисунке 33.Обычно это реверсивный высокоскоростной двигатель, подключенный через зубчатую передачу для снижения скорости двигателя и, таким образом, увеличения крутящего момента на штоке. Направление вращения двигателя определяет направление движения диска. Электрический привод может быть полуавтоматическим, например, когда двигатель запускается системой управления. Маховик, который может быть соединен с зубчатой передачей, обеспечивает ручное управление клапаном. Обычно предусмотрены концевые выключатели для автоматической остановки двигателя при полностью открытом и полностью закрытом положениях клапана.Концевые выключатели приводятся в действие либо физически положением клапана, либо торсионно крутящим моментом двигателя.

Рисунок 33 Электродвигатель Привод Пневматические приводы

Рис. 34 Пневматический привод

Пневматические приводы, показанные на Рис. 34, обеспечивают автоматический или полуавтоматический режим работы клапана. Эти приводы преобразуют воздушный сигнал в движение штока клапана за счет давления воздуха, действующего на диафрагму или поршень, соединенный со штоком. Пневматические приводы используются в дроссельных клапанах для открытия-закрытия, где требуется быстрое действие.Когда давление воздуха закрывает клапан, а действие пружины открывает клапан, привод называется прямым. Когда давление воздуха открывает клапан, а действие пружины закрывает клапан, привод называется реверсивным. У дуплексных приводов воздух подается с обеих сторон диафрагмы. Перепад давления на диафрагме позиционирует шток клапана. Автоматическая работа обеспечивается, когда воздушные сигналы автоматически управляются схемами. Полуавтоматический режим работы обеспечивается ручными переключателями в цепи клапанов управления воздухом.

Гидравлические приводы

Гидравлические приводы обеспечивают полуавтоматическое или автоматическое позиционирование клапана, как и пневматические приводы. Эти приводы используют поршень для преобразования сигнального давления в движение штока клапана. Гидравлическая жидкость подается с обеих сторон поршня, в то время как другая сторона сливается или удаляется. В качестве гидравлической жидкости используется вода или масло. Электромагнитные клапаны обычно используются для автоматического управления гидравлической жидкостью, чтобы управлять открытием или закрытием клапана.Ручные клапаны также могут использоваться для управления гидравлической жидкостью; тем самым обеспечивая полуавтоматический режим работы.

Самоприводные клапаны

Рисунок 35 Электромагнитный клапан

Самоуправляемые клапаны используют жидкость системы для позиционирования клапана. Предохранительные клапаны, предохранительные клапаны, обратные клапаны и конденсатоотводчики являются примерами самоприводных клапанов. Все эти клапаны используют некоторые характеристики системной жидкости для приведения в действие клапана. Для работы этих клапанов не требуется никаких источников энергии вне системы энергии жидкости.

Клапаны с электромагнитным приводом

Клапаны с электромагнитным приводом обеспечивают автоматическое открытие-закрытие клапана, как показано на Рисунке 35. Большинство клапанов с электромагнитным приводом также имеют ручное дублирование, которое позволяет ручное позиционирование клапана до тех пор, пока ручное управление позиционируется вручную. Соленоиды позиционируют клапан, притягивая магнитную пробку, прикрепленную к штоку клапана. В одинарных соленоидных клапанах давление пружины противодействует движению пробки, когда на соленоид подается питание.Эти клапаны могут быть расположены таким образом, чтобы подача питания на соленоид либо открывала, либо закрывала клапан. Когда питание на соленоид прекращается, пружина возвращает клапан в противоположное положение. Два соленоида могут использоваться для открытия и закрытия путем подачи питания на соответствующий соленоид.

Одиночные электромагнитные клапаны называются открытыми при отказе или закрытыми при отказе в зависимости от положения клапана при обесточенном соленоиде. Аварийно открытые электромагнитные клапаны открываются давлением пружины и закрываются при подаче питания на соленоид.Аварийно закрытые электромагнитные клапаны закрываются давлением пружины и открываются при подаче питания на соленоид. Двойные электромагнитные клапаны обычно выходят из строя «как есть». То есть положение клапана не изменяется, когда оба соленоида обесточены.

Одно из применений электромагнитных клапанов — в пневматических системах, таких как те, которые используются для подачи воздуха к пневматическим приводам клапанов. Электромагнитные клапаны используются для управления подачей воздуха к пневматическому приводу и, таким образом, положением клапана с пневматическим приводом.

Скорость силовых приводов

Соображения безопасности на предприятии определяют скорость клапана для определенных клапанов, связанных с безопасностью.Если система должна быть очень быстро изолирована или открыта, требуется очень быстрое срабатывание клапана. Если открытие клапана приводит к нагнетанию относительно холодной воды в горячую систему, необходимо более медленное открытие, чтобы свести к минимуму тепловой удар. При проектировании выбирается привод для предохранительных клапанов на основе требований к скорости и мощности, а также наличия энергии для привода.

Как правило, наиболее быстрое срабатывание обеспечивается гидравлическими, пневматическими и соленоидными приводами. Однако соленоиды не подходят для больших клапанов, потому что их размер и требования к мощности будут чрезмерными.Кроме того, для гидравлических и пневматических приводов требуется система для обеспечения гидравлической или пневматической энергии. Скорость срабатывания в любом случае может быть установлена путем установки отверстий подходящего размера в гидравлических или пневматических линиях. В некоторых случаях клапан закрывается давлением пружины, которому противодействует гидравлическое или пневматическое давление, чтобы клапан оставался открытым.

Электродвигатели обеспечивают относительно быстрое срабатывание. Фактическая скорость клапана устанавливается комбинацией скорости двигателя и передаточного числа.Эта комбинация может быть выбрана для обеспечения полного хода клапана в диапазоне от примерно двух секунд до нескольких секунд.

Индикация положения клапана

Операторам требуется индикация положения определенных клапанов, чтобы обеспечить грамотную эксплуатацию установки. Для таких клапанов предусмотрена дистанционная индикация положения клапана в виде индикаторов положения, которые указывают, открыты или закрыты клапаны. В схемах дистанционной индикации положения клапана используется датчик положения, который определяет положение штока и диска или положение привода.Одним из типов датчиков положения является механический концевой выключатель, который физически приводится в действие движением клапана.

Другой тип — это магнитные переключатели или трансформаторы, которые определяют движение своих магнитных сердечников, которые физически приводятся в действие движением клапана.

Местная индикация положения клапана относится к некоторой визуально различимой характеристике клапана, которая указывает положение клапана. Положение клапана с выдвижным штоком обозначается положением штока. Клапаны с неподнимающимся штоком иногда имеют маленькие механические стрелки, которые приводятся в действие приводом клапана одновременно с работой клапана.Клапаны с силовым приводом обычно имеют механический указатель, который обеспечивает локальную индикацию положения клапана. С другой стороны, некоторые клапаны не имеют функции индикации положения.

Сводка

Важная информация в этой главе резюмируется ниже.

Ручные приводы — это наиболее распространенный тип приводов клапанов. Ручные приводы включают в себя штурвалы, прикрепленные непосредственно к штоку клапана, и штурвалы, прикрепленные через шестерни, чтобы обеспечить механическое преимущество.
Приводы электродвигателей состоят из реверсивных электродвигателей, соединенных со штоком клапана через зубчатую передачу, которая снижает скорость вращения и увеличивает крутящий момент.
Пневматические приводы используют давление воздуха на одной или обеих сторонах диафрагмы для обеспечения силы для позиционирования клапана.
Гидравлические приводы используют жидкость под давлением на одной или обеих сторонах поршня для создания силы, необходимой для позиционирования клапана.
Электромагнитные приводы имеют магнитную пробку, прикрепленную к штоку клапана.Усилие для позиционирования клапана возникает из-за магнитного притяжения между пробкой на штоке клапана и катушкой электромагнита в приводе клапана.

Руководство по установке и эксплуатации — Allied Valve Inc.

Ваши предохранительные клапаны (PRV) являются вашей самой важной линией защиты от повреждения оборудования, не говоря уже о нанесении вреда вашему персоналу, вашему предприятию и окружающей среде. По этой причине важно, чтобы вы правильно их устанавливали и эксплуатировали.

Мы получаем много вопросов о правильных процедурах установки и эксплуатации PRV. Приведенные ниже рекомендации содержат ответы на самые распространенные вопросы и решения наиболее распространенных проблем, с которыми сталкиваются наши клиенты.

Установка предохранительного клапана

Крепление

Устанавливайте PRV в вертикальном положении, то есть вертикально, а шпиндель — вертикально. Клапан, установленный в любом положении, кроме вертикального, может работать неправильно.
Для фланцевых клапанов убедитесь, что болты затянуты вниз равномерно.Это особенно важно для клапанов из чугуна. Если вы полностью затянете одну сторону, а затем другую, вы не только не сможете полностью затянуть ее, но и можете сломать клапан.
Избегайте чрезмерной затяжки клапана. Это может повредить входную и выходную резьбу и вызвать утечку.
Наносите смазку только на наружную резьбу. Смазка для труб — это состав, который предотвращает протекание клапанов, но если вы нанесете его на внутреннюю резьбу, он может загрязнить вашу систему.

Впускной трубопровод

Впускной трубопровод должен быть коротким и прямым. Впускной патрубок никогда не должен иметь диаметр меньше диаметра самого клапана. Это ограничит поток пара, воздуха или других сред.
Впускное отверстие ни при каких условиях не должно располагаться вблизи чрезмерной турбулентности на судне.

Выпускной трубопровод

Выпускной трубопровод всегда должен поддерживаться. В противном случае он может утяжелить и деформировать клапан, что приведет к неправильной посадке клапана.Это может привести к чрезмерной утечке.
Номинальный размер выпускного трубопровода должен быть таким же большим или большим, чем размер выпускного отверстия клапана. Если это не так, поток будет ограничен, и клапан не разгрузит так большую мощность, как должен.
Выпускной трубопровод не должен вызывать деформаций из-за теплового расширения. По мере расширения среды, если трубопровод не имеет никакого давления, клапан может деформироваться и протечь.

Работа предохранительного клапана

Избегайте работы клапана слишком близко к заданному значению.Это может вызвать закипание и утечку. Как только это начнется, будет только хуже.
Избегайте слишком частой проверки клапана. Слишком частое поднятие испытательного рычага может привести к попаданию грязи или других посторонних предметов в седло, что может вызвать протечку клапана. Хотя регулярное тестирование является рекомендуемой частью программы профилактического обслуживания, его следует проводить примерно раз в год, а не раз в месяц.

Если у вас есть какие-либо вопросы о ваших PRV или вам нужна дополнительная консультация по установке или эксплуатации, позвоните нам.В конце концов, PRV — это устройство безопасности, поэтому вы обязательно должны сделать это правильно.

Установка предохранительного клапана

| Спиракс Сарко

Установка

Предохранительные клапаны — прецизионные элементы предохранительного оборудования; они имеют жесткие допуски и точно обработанные внутренние детали. Они подвержены смещению и повреждению при неправильном обращении или неправильной установке.

Клапаны следует транспортировать в вертикальном положении, если это возможно, и их нельзя переносить или поднимать за рычаг ослабления.Кроме того, не следует снимать защитные заглушки и протекторы фланцев до момента фактической установки. Также следует проявлять осторожность во время движения клапана, чтобы не подвергать его чрезмерным ударам, так как это может привести к значительному внутреннему повреждению или смещению.

Впускной трубопровод

При проектировании впускного трубопровода одним из основных соображений является обеспечение минимального падения давления в этом трубопроводе. Стандарт EN ISO 4126 рекомендует поддерживать падение давления ниже 3% от установленного давления при нагнетании.Если предохранительные клапаны подключаются с помощью коротких «патрубков», входной трубопровод должен быть как минимум того же размера, что и входное соединение предохранительного клапана. Для линий большего размера или любой линии, содержащей изгибы или колена, соединение ответвления должно быть как минимум на два размера больше, чем входное соединение предохранительного клапана, после чего его размер уменьшается до размера впускного отверстия предохранительного клапана (см. Рисунок 9.5.5a). . Чрезмерная потеря давления может привести к «дребезжанию», что может привести к снижению производительности и повреждению посадочных поверхностей и других частей клапана.Чтобы уменьшить потерю давления на входе, можно использовать следующие методы:

Увеличьте диаметр трубы. (см. рисунок 9.5.5 (а)).
Убедитесь, что все углы правильно закруглены. Стандарт EN ISO 4126: Часть 1 рекомендует, чтобы уголки имели радиус не менее четверти отверстия (см. Рисунок 9.5.5 (b)).
Уменьшите длину впускной трубы.
Установите клапан на расстоянии не менее 8-10 диаметров трубы ниже по потоку от любого сходящегося или расходящегося Y-образного фитинга или любого изгиба (см. Рисунок 9.5.5 (в)).
Никогда не устанавливайте ответвление предохранительного клапана прямо напротив ответвления на нижней стороне паропровода.
Избегайте отводных ответвлений (например, для других процессов) во впускном трубопроводе, так как это увеличит падение давления.

Предохранительные клапаны всегда следует устанавливать крышкой вертикально вверх. Установка клапана в любом другом положении может повлиять на рабочие характеристики.

В рекомендациях API 520 также указывается, что предохранительный клапан не следует устанавливать на конце длинной горизонтальной трубы, через которую обычно не проходит поток.Это может привести к скоплению инородного материала или конденсата в трубе, что может вызвать ненужное повреждение клапана или помешать его работе.

Выпускной трубопровод

Возможны два типа сливной системы — открытая и закрытая. Открытая система выбрасывает непосредственно в атмосферу, тогда как закрытая система выпускает в коллектор вместе с другими предохранительными клапанами.

Рекомендуется, чтобы выпускные трубопроводы для парогазовых систем поднимались, а для жидкостей — опускались.Горизонтальные трубопроводы должны иметь уклон вниз не менее 1: 100 от клапана, чтобы гарантировать, что любой выпуск будет самодренажным. Важно осушить любой поднимающийся сливной трубопровод. Вертикальные подъемы потребуют отдельного дренажа. Примечание: все точки дренажа системы подлежат одинаковым мерам предосторожности, в частности, что работа клапана не должна ухудшаться, и любая жидкость должна сливаться в безопасное место.

Важно убедиться, что жидкость не может собираться на стороне выхода предохранительного клапана, так как это ухудшит его работу и вызовет коррозию пружины и внутренних деталей.Многие предохранительные клапаны снабжены дренажным патрубком корпуса, если он не используется или не предусмотрен, то дренаж с небольшим отверстием должен быть установлен в непосредственной близости от выхода клапана (см. Рисунок 9.5.3).

Одна из основных проблем в закрытых системах — это падение давления или возникшее противодавление в системе нагнетания. Как упоминалось в Модуле 9.2, это может существенно повлиять на работу предохранительного клапана. Стандарт EN ISO 4126: Часть 1 гласит, что падение давления должно поддерживаться ниже 10% от установленного давления.Для этого размер выпускной трубы можно выбрать с помощью уравнения 9.5.1.

Давление (P) следует принимать как максимально допустимое падение давления согласно соответствующему стандарту. В случае EN ISO 4126: Часть 1 это будет 10% от установленного давления, и именно при этом давлении принимается vg.

Пример 9.5.1

Рассчитайте номинальный диаметр выпускного трубопровода для предохранительного клапана, необходимого для выпуска 1 000 кг / ч насыщенного пара; учитывая, что пар должен отводиться в вентилируемый резервуар через трубопровод, который имеет эквивалентную длину 25 м.Установленное давление предохранительного клапана составляет 10 бар изб., А допустимое противодавление составляет 10% от установленного давления. (Предположим, что падение давления на выходе из бака нулевое).

Ответ: Если разрешено максимальное противодавление 10%, то манометрическое давление на выходе предохранительного клапана будет:

Следовательно, трубопровод, подсоединенный к выходу предохранительного клапана, должен иметь внутренний диаметр не менее 54 мм. Для трубы сортамента 40 потребуется труба DN65.

Если невозможно снизить противодавление ниже 10% от установленного давления, следует использовать сбалансированный предохранительный клапан.

Для сбалансированных предохранительных клапанов требуется, чтобы их крышки выпускались в атмосферу. В случае с уравновешенными сильфонами не будет выхода технологической жидкости, поэтому они могут быть выброшены прямо в атмосферу. Главное соображение при проектировании — убедиться, что это вентиляционное отверстие не будет заблокировано, например, посторонними предметами или льдом. При использовании уравновешенного поршневого типа необходимо учитывать тот факт, что технологическая жидкость может выходить через вентиляционное отверстие крышки. При нагнетании в систему, находящуюся под давлением, вентиляционное отверстие должно иметь соответствующий размер, чтобы не было противодавления над поршнем.

Предохранительные клапаны, устанавливаемые вне здания для сброса непосредственно в атмосферу, должны быть закрыты колпаком. Кожух позволяет выпускать жидкость, но предотвращает накопление грязи и другого мусора в выпускном трубопроводе, что может повлиять на противодавление. Колпак также должен быть спроектирован так, чтобы он тоже не влиял на противодавление.

Коллекторы

Коллекторы должны иметь такие размеры, чтобы в худшем случае (т.е. когда все клапаны коллектора работают на выпуске) трубопровод был достаточно большим, чтобы выдерживать неприемлемые уровни противодавления.В идеале объем коллектора должен увеличиваться при входе в него каждого выпускного отверстия клапана, и эти соединения должны входить в коллектор под углом не более 45 ° к направлению потока (см. Рисунок 9.5.6). Коллектор также должен быть надежно закреплен и при необходимости опорожнен.

Для паровых систем, как правило, не рекомендуется использовать коллекторы, но их можно использовать, если должным образом учтены все аспекты проектирования и установки.

Силы реакции при выгрузке

В открытых системах необходимо тщательно учитывать влияние сил реакции, возникающих в системе нагнетания при подъеме клапана.В этих системах будет значительная результирующая сила, действующая в направлении, противоположном направлению разряда. Важно не допускать чрезмерных нагрузок, создаваемых этими реактивными силами на клапан или впускное соединение, поскольку они могут вызвать повреждение впускного трубопровода. Величину сил реакции можно рассчитать по формуле в уравнении 9.5.2:

Силы реакции обычно невелики для предохранительных клапанов с номинальным диаметром менее 75 мм, но предохранительные клапаны большего размера обычно имеют монтажные фланцы для реактивной штанги на корпусе, позволяющие закрепить клапан.

Эти силы реакции обычно незначительны в закрытых системах, поэтому ими можно пренебречь.

Независимо от величины сил реакции, нельзя полагаться на сам предохранительный клапан для поддержки самого нагнетательного трубопровода, и должна быть предусмотрена опора, способная выдержать вес нагнетательного трубопровода. Эта опора должна располагаться как можно ближе к центральной линии вентиляционной трубы (см. Рисунок 9.5.7).

На рисунках 9.5.8 и 9.5.9 показаны типовые установки предохранительных клапанов как для открытых, так и для закрытых систем.

Переключающие клапаны

Переключающие клапаны (см. Рисунок 9.5.10) позволяют устанавливать два клапана рядом, один из которых работает, а другой — изолирован. Это означает, что регулярное техническое обслуживание можно проводить без прерывания работы или защиты судна. Переключающие клапаны сконструированы таким образом, что во время их работы площадь прохода никогда не ограничивается.

Переключающие клапаны также можно использовать для подключения выходов предохранительных клапанов, чтобы не дублировать выпускной трубопровод.Действие переключающих клапанов на входе и выходе должно быть ограничено и синхронизировано по соображениям безопасности. Обычно это осуществляется с помощью системы цепного привода, соединяющей оба маховика.

Необходимо учитывать потерю давления, вызванную переключающим клапаном, при установлении падения давления на входе предохранительного клапана, которое должно быть ограничено до 3% от установленного давления.

Избегайте ошибок в системе сброса давления | AIChE

Прежде чем приступить к проектированию системы сброса давления, обратите внимание на эти распространенные ошибки при выявлении сценариев избыточного давления, выполнении расчетов размеров и установке системы в полевых условиях.

Ошибки при проектировании и установке устройств для сброса давления (PRD) и их соответствующих систем сброса давления (PRS) создают риск. Например, неполная документация сбивает с толку, создает неудобства и может подвергнуть объект риску цитирования. Неправильный выбор и установка оборудования также могут представлять реальную угрозу безопасности.

Неопытные и опытные инженеры неизбежно совершают или обнаруживают ошибки в какой-то момент своей карьеры. Если в дизайне PRS допущена ошибка, мы должны извлечь уроки из этой ошибки и передать эти знания.Эта статья поможет вам распознать общие причины, ошибки определения размеров и установки, а также устранить ненужный риск при первой же возможности.

Начните с фундаментального уровня

▲ Рис. 1. В начале процесса проектирования легче контролировать затраты, безопасность процесса и другие факторы, чем на завершающих этапах проекта.

Поговорка «Наиболее эффективное и действенное снижение или устранение риска достигается на самом раннем этапе и на самом фундаментальном уровне», может применяться практически к любой дисциплине и любой ситуации, включая безопасность процесса и сброс давления. Системный дизайн.В любом проекте существует наименьший риск (, например, финансовый, безопасность и т. Д.) И наибольший контроль над изменениями с самого начала; обратное становится верным в конце проекта (рис. 1).

Чтобы обнаружить и устранить недостатки конструкции и установки, вы должны понимать физические компоненты в рамках PRS, а также реализацию системы. Другими словами, понять общую картину. В этой статье сначала описываются потенциальные ловушки, обнаруживаемые на ранних этапах общей картины, когда мы имеем наибольшее влияние на результат дизайна.Затем в нем рассматриваются подводные камни, обнаруженные на более поздних этапах проектирования и после монтажа.

Перед началом работы PRS

Несмотря на утверждения об обратном, организации не просят инженеров разрабатывать PRS, чтобы скоротать время; работа целенаправленная и важна для безопасной эксплуатации объектов. Точно так же, как использование тупого ножа для резки мяса увеличивает риск, просьба неразумного инженера разработать PRS увеличивает риск. Оставайся проницательным! Инженеры, которым не хватает осведомленности или которые считают, что проектирование ССБ — трудоемкая работа, будут разрабатывать системы, подверженные риску.Инженеры и руководители должны задавать себе ключевые вопросы, чтобы выявить потенциальные ловушки и отточить свой разум при обнаружении тупости.

Инженер. Для этой статьи предположим, что инженер — это любой индивидуальный участник, который выполняет задачи, связанные с дизайном PRS или PRD. Независимо от того, отвечает ли инженер за отдельную проектную задачу или за весь комплексный проект, он или она должны задать следующие вопросы перед началом работы:

Каков объем работ? Объем работ предусматривает конкретику и граничные условия.
Зачем этому учреждению нужны эти PRS или PRD? Убеждение себя интеллектуально в необходимости PRS заставит вас быть более сознательными во время работы.
За какие задачи я буду отвечать? Знание своей роли и ролей других предотвращает двойную работу и упущения.
Знаю ли я, как это делать? Предыдущий опыт не всегда является обязательным условием, но вы должны уметь определять шаги, необходимые для выполнения задачи.
К кому обратиться, если у меня возникнут вопросы? Даже самым опытным инженерам нужен кто-то еще, с кем они могли бы обсуждать идеи и задавать вопросы.Не бойтесь задавать вопросы — так вы учитесь.
Какие вспомогательные документы актуальны? Ознакомьтесь с кодексами, стандартами, практиками и правилами, используемыми на вашем предприятии или в организации для обеспечения согласованной и соответствующей конструкции — например, код ASME для сосудов высокого давления ASME VIII (1) и стандарт Американского института нефти по системам сброса давления. API 521 (2) .

Руководитель. Супервизор отвечает за управление инженерами и их работой, но может также действовать как индивидуальный участник, выполняя задачи, подобные тем, которые выполняет инженер.

В дополнение к предыдущим вопросам супервайзер должен также задать эти вопросы перед началом работы:

Могу ли я ответить на вопросы? Перегруженный руководитель препятствует свободному обмену информацией внутри группы; надзорные органы должны делегировать обязанности по устранению узких мест.
Правильные ли люди выполняют правильные задачи? Хотя очевидно, что младший инженер не должен выполнять сложную задачу, такую как сценарий отказа из-за рефлюкса башни, в первый день, менее очевидно, что ваш старший инженер-технолог не должен сосредотачиваться на технических задачах младшего уровня, таких как заполнение листов спецификаций для жидкостные терморегулирующие клапаны.

Организация. По моему опыту, одни организации выполняют проектирование, установку или обслуживание PRS лучше, чем другие. Некоторые из лучших исполнителей имеют несколько важных характеристик:

Статус программы добровольной защиты OSHA (VPP) (3) . Учреждение получает статус VPP, когда оно выходит за рамки минимальных требований Управления по охране труда США (OSHA). Это обозначение указывает на то, что предприятие имеет коллективную заинтересованность в безопасной и соответствующей работе от высшего руководства до отдельных участников.
выделенных сотрудников PRS. Наличие персонала, занимающегося проектированием, установкой и обслуживанием PRS, помогает гарантировать, что институциональные знания поддерживаются, а проектирование и установка PRS выполняются последовательным образом. Организация, сотрудники которой сосредоточены только на единичных операциях или где сотрудники не знакомы с отраслевыми стандартами, такими как API 521, не будет столь же эффективной в обслуживании своих систем сброса давления.
здоровая система управления изменениями (MOC). Хорошая программа MOC активно привлекает персонал, ответственный за разработку PRS.
сильная междисциплинарная командная работа. Строительство и обслуживание PRS требуют совместной работы нескольких специалистов и специалистов, включая инженеров-технологов, проектировщиков трубопроводов, монтажников, инспекторов и других специалистов. Во многих организациях есть все эти типы людей, но если нет установленного протокола взаимодействия или совместной работы для поддержки межфункциональных усилий, будет сложно эффективно создавать или поддерживать ССБ.

Некоторые объекты, которые не подпадают под действие правила OSHA по управлению безопасностью процессов (PSM) (4) , тем не менее, должны иметь внутренний эквивалент для соответствия PSM. В противном случае у них может не быть системы, показывающей, почему и где существуют ССБ, или внутреннего стимула, чтобы обратить внимание на их ССБ.

Конечно, эти качества не гарантируют успеха, и их отсутствие не обрекает организацию на провал.

Определение сценариев избыточного давления

Первым шагом в разработке PRS является определение сценариев избыточного давления и оценка каждого сценария с рационализацией.Например: Сценарий А применим, потому что огонь вскипит жидкое содержимое этого сосуда; Сценарий B неприменим, потому что нет источника давления выше по потоку, которое может превысить расчетное давление защищаемой системы.

Если вы предполагаете, что сценарий применим, хотя на самом деле это не так, ваш PRD будет разработан с учетом непредвиденных обстоятельств, которые никогда не произойдут. С другой стороны, игнорирование применимого сценария может вызвать риск, поскольку требования к размерам PRD не выполняются. Остальная часть этого раздела посвящена последнему случаю и рассматривает некоторые часто упускаемые из виду сценарии.

Заблокирован выпускной канал и переполнение. Обратный клапан может заклинивать и не пропускать поток. Или он мог быть установлен задом наперед и открываться не в том направлении. Любая из этих ситуаций может привести к переполнению и избыточному давлению.

Давление на выходе центробежного насоса должно быть рассчитано на основе максимально возможного давления всасывания, а не нормального давления на входе. Никогда не рассчитывайте мертвое давление на основе только полного динамического напора насоса при нулевом расходе — давление всасывания необходимо добавить к общему динамическому напору, чтобы обеспечить правильный размер предохранительного устройства.

Центробежные насосы в горячем режиме могут работать совершенно иначе во время холодного пуска, когда выходы более вероятны, чем при нормальных условиях эксплуатации. Найдите насосы, которые работают при очень высоких температурах (, например, 400–700 ° F), и сравните удельный вес жидкости (SG) при рабочей температуре с ее удельным весом при температуре окружающей среды.

Давление, создаваемое насосом, прямо пропорционально удельному весу жидкости. Например, предположим, что насос имеет максимальное давление всасывания 100 фунтов на кв. Дюйм при любых обстоятельствах и максимальный общий динамический напор 425 футов.Предположим также, что он перекачивает жидкость, у которой рабочая удельная плотность в горячем состоянии составляет 0,6, а при холодной окружающей среде — 0,8. Мы можем рассчитать внутреннее давление насоса для горячих и холодных условий:

Общий динамический напор может быть преобразован в давление:

где Δ p — давление в фунтах на квадратный дюйм, h — напор насоса в футах, и 2,304 — коэффициент преобразования единицы.

Таким образом, можно рассчитать горячий и холодный мертвый напор:

Горячий мертвый напор = 100 psig + (425 футов × 0.6 / 2,304) = 211 фунт / кв.дюйм изб.

Холодный мертвый напор = 100 фунт / кв. но это применимо в условиях холодного запуска.

Не путайте поршневой насос или компрессор с динамической машиной, такой как центробежный насос или осевой компрессор. В то время как заблокированная динамическая машина может продолжать работать, не вызывая избыточного давления, сценарии заблокированного выпускного отверстия почти всегда применимы к машинам объемного действия, которые работают, перемещая фиксированный объем жидкости с заданной скоростью.Машины объемного вытеснения втягивают жидкость в фиксированный объем, а затем выталкивают жидкость, не допуская одновременного проникновения или обратного потока. В условиях заблокированного выпускного отверстия сжимаемые жидкости (газы и пары) будут продолжать накапливаться в фиксированном объеме выпускного отверстия до тех пор, пока не будет накоплено столько жидкости, что давление в конечном итоге превысит механические ограничения машины. Несжимаемые жидкости (жидкости) гораздо менее терпимы, поскольку они практически не подвергаются дальнейшему сжатию.

Дисбаланс тепла и материалов (охлаждение, сбои флегмы и т. Д.). Учитывайте энтальпию (тепло) потоков, входящих и выходящих из вашей защищенной колонной системы, а не только функции нагрева и охлаждения. Например, предположим, что некоторые верхние теплообменники перестают работать, но имеют остаточную охлаждающую способность 20 MMBtu / hr, а ребойлер имеет непрерывную, но уменьшенную мощность 19 MMBtu / hr. Вы можете предположить, что никакой разгрузки не требуется, потому что режим охлаждения превышает режим нагрева. Однако поток сырья может быть заполнен энтальпией, что склоняет чашу весов в сторону жизнеспособного сценария избыточного давления.

Рассмотрим систему защищенных колонн, расположенную ниже по потоку от другой системы колонн ( например, — колонна дебутанизации после депропанизатора). В случае отказа обогрева на входе более легкие компоненты на входе могут перемещаться вниз по потоку в систему с более низким давлением, что может вызвать накопление неконденсируемых газов, закупорку выпускного отверстия для пара и другие нарушения. Вы должны изучить все эти сценарии избыточного давления при проектировании PRS.

Отказ автоматики. Регулирующий клапан может выйти из строя в любом положении. Никогда не предполагайте, что регулирующий клапан выйдет из строя только в положении, указанном на схеме трубопроводов и приборов (P&ID). Закон Мерфи — все, что может пойти не так, пойдет не так, — применяется к регулирующим клапанам.

Многие клапаны регулирования расхода, давления и температуры представляют собой шаровые клапаны, которые обеспечивают значительно большее сопротивление потоку, чем задвижки, дроссельные заслонки и шаровые краны. Однако не все регулирующие клапаны являются запорными клапанами. Поскольку символы регулирующих клапанов иногда неоднозначны на схемах и идентификаторах, инженеры могут ошибочно принять один тип клапана за другой, что может привести к недооценке серьезности сценария или вообще упущению применимости сценария.

Сценарий прорыва газа (, т. Е. Продувка паров ) обычно возникает, когда система клапана управления уровнем жидкости выше по потоку выходит из строя и уровень жидкости теряется, что позволяет газу или пару высокого давления проходить через линию жидкости в нижнюю -напорная система ниже по потоку.

Необходимо оценить каждый из этапов этого сценария. Во-первых, проверьте запасы жидких углеводородов в начале и в конце потока. Во-вторых, размер переполнения жидкостью, который может произойти, если запас жидкости выше по потоку превысит пустой объем ниже по потоку.Далее, размер вытеснения жидкости, которое могло бы произойти, если бы газ или пар под высоким давлением попали в систему ниже по потоку, заполненную жидкостью (выталкивая жидкость с объемной скоростью, с которой поступает газ или пар). Затем укажите размер возможного прорыва газа, который может произойти, если вся жидкость будет вытеснена. Обратите внимание, что выброс газа не будет предотвращен, если система ниже по потоку сначала будет переполнена жидкостью выше по потоку через неисправный контроллер уровня — действительно, это сначала приведет к сбросу жидкости, а затем к вытеснению жидкости, прежде чем окончательно превратиться в выброс газа.

Непреднамеренное открытие клапана (включая обратный поток). Байпасами регулирующего клапана обычно являются задвижки. Это может не повлиять на применимость конкретного сценария, но повлияет на серьезность сценария, потому что задвижки, как правило, гораздо менее ограничительны, чем регулирующие клапаны. Байпасные задвижки могут позволить значительно большему количеству жидкости под высоким давлением проходить в систему с более низким давлением, чем ее аналог с регулирующим клапаном. Помимо непреднамеренного открытия байпаса, многие проектировщики рассматривают одновременное 100% открытие регулирующих клапанов и их байпасов в сценарии отказа регулирующего клапана, что подчеркивает, насколько серьезен отказ байпаса по сравнению с отказом регулирующего клапана.

Поскольку проверка непреднамеренного открытия клапана в коллекторах или резервуарных парках является утомительной задачей, инженер может легко пропустить сценарий просто из-за умственной усталости. Подумайте о том, чтобы подойти к этим сценариям, определив в первую очередь источники избыточного давления, а не клапаны, которые можно открыть.

Обратные клапаны часто упускаются из виду как источники обратного потока, потому что многие инженеры предполагают, что они не открываются при отказе ( т.Однако обе эти ситуации действительно имеют место, и Стандарт API 521 (2) рекомендует инженерам рассмотреть этот сценарий. Отказ обратного клапана может остаться незамеченным во время нормальной работы, что также известно как скрытый отказ.

Химическая реакция. При выявлении сценариев избыточного давления учитывайте все возможные химические реакции. Если у вас или вашего начальника нет опыта или ресурсов, необходимых для выполнения определения размера аварийного сброса системы, обратитесь за внешней помощью. Никогда не игнорируйте реактивную химию.

Пожар. Учтите возможность возгорания поблизости создать избыточное давление в интересующем сосуде или резервуаре. Проверьте расстояние до возможных источников огня и определите тепловое излучение, которое может вызвать пожар.

Жидкости с высоким давлением пара могут быстро испаряться при атмосферном давлении вместо того, чтобы скапливаться на земле. Если эти жидкости протекают через сломанные фитинги, фланцы или отверстия, они могут вызвать струйное возгорание. Существует распространенное мнение, что предохранительные клапаны не могут защитить от струйного возгорания, потому что струйное возгорание очень узконаправленное и вызывает только локальный нагрев с быстрым разрушением стенки сосуда.Однако это наихудший сценарий; При струйном возгорании тепло может рассеиваться по большой площади поверхности, что может вызвать сценарий избыточного давления в сосуде, в который ударился удар. Рекомендации и формулы в API 521 (2) могут помочь вам рассчитать подвод тепла для такого сценария.

Добавление PRD к судну, на которое может воздействовать струя пламени, может позволить сбросить давление до катастрофического отказа судна.

Неисправность теплообменника. Всегда проверяйте максимально допустимое рабочее давление (МДРД) другого оборудования и трубопроводов, подключенных к теплообменнику.В случае утечки или разрыва трубки в теплообменнике сторона высокого давления не может вызвать избыточное давление на стороне низкого давления теплообменника. Однако трубопровод и оборудование, подключенные к стороне низкого давления теплообменника, могут быть подвержены избыточному давлению.

Размер устройства сброса давления

После определения возможного сценария избыточного давления необходимо выбрать PRD подходящего размера. В то время как общие ошибки при идентификации сценария избыточного давления являются концептуальными и их легко упустить из виду, легче предотвратить и выявить ошибки при определении размеров PRD из-за его количественного характера.

API и ASME. Обычно размеры предохранительных клапанов выбираются с использованием уравнений, приведенных в API 520, часть 1 (5) , которые принимают несколько разные формы в зависимости от сбрасываемой жидкой фазы.

Чтобы определить зону разгрузки для звукового потока пара или газа:

, где A — зона разгрузки, W — расход, C — функция отношения удельной теплоемкости идеального газа ( C _p и C _v ), K _d — эффективный коэффициент расхода по API, P ₁ — давление сброса выше по потоку, K _b — поправочный коэффициент емкости для противодавление, K _c — комбинированный поправочный коэффициент для установок с разрывной мембраной перед предохранительным клапаном (PRV), T — температура сброса пара или газа, Z — коэффициент сжимаемости для пара или газа, а M — молекулярная масса пара или газа.

Для определения площади разгрузки для потока жидкости:

, где Q — объемный расход, K _w — коэффициент коррекции емкости для противодавления, K _v — коэффициент коррекции вязкости, G ₁ — удельный вес жидкости при температуре сброса, а P ₂ — полное противодавление.

Чтобы определить зону разгрузки для двухфазного потока:

, где G — массовый поток.

Все эти уравнения размеров можно свести к общей форме пропорциональности:

, где K — коэффициент расхода. Любой согласованный набор единиц может использоваться в форме пропорциональности.

При предварительном подборе размеров можно использовать указанные в API эффективные площади отверстий и эффективный коэффициент расхода ( K _d ). Но API 520, часть 1 поощряет окончательный размер и выбор с использованием фактической площади и номинального коэффициента расхода, которые часто можно получить из Ref.6 (известный как ASME Redbook NB-18).

При выборе предохранительного клапана никогда не смешивайте значения ASME со значениями API. Смешивание этих значений в расчетах может привести к переоценке емкости PRD, что может привести к разрыву сосуда во время события избыточного давления (Таблица 1).

Таблица 1. Смешивание значений API и ASME может завышать производительность устройства для сброса давления. Эти значения относятся к предохранительному клапану 2 ″ × J × 3 ″.
Действующий A _API = 1.287 дюймов ² (согласно стандарту API 526 (7) ) Эффективный газ K _d = 0,975		Фактический A _ASME = 1,496 дюйма ² (согласно NB-18 ) Номинальный газ K _ASME = 0,86 (согласно NB-18)
Пробный	A × K ∝ W	Примечание
Значения API	1.287 × 0,975 = 1,2555	Консервативная оценка пропускной способности
Значения ASME	1,496 × 0,86 = 1,2866	Номинальная пропускная способность
A _AP _I и Gas K26 _ASM	1,287 × 0,86 = 1,1068	Пропускная способность занижена на 14%
A _ASME и газ K _d	1,496 × 0.975 = 1.4586	Емкость завышена на 13%!

Предположим, что предохранительный клапан давления (PSV) имеет 2-дюйм. впускное соединение, отверстие API J и 3-дюйм. выходное соединение; это называется PSV 2 ″ × J × 3 ″. Многие PSV используют это обозначение для обозначения относительного размера (, например, 3 ″ × K × 4 ″, 8 ″ × T × 10 ″). Таблица 1 показывает, что наибольший риск возникает, когда фактическая площадь отверстия ( A _ASME ) используется с коэффициентом расхода газа API ( K _d ), поскольку пропускная способность PRD будет завышена — i .е., PRD будет заниженным. PRD меньшего размера не сбросит столько, сколько следовало бы, что может привести к возникновению избыточного давления, превышающего допустимое накопленное давление оборудования, и привести к потере герметичности.

Эти типы путаницы возникают чаще, когда PSV не является стандартным клапаном; например, полнопроходной клапан или другой клапан, не обозначенный буквой API. Избегайте соблазна использовать фактическую площадь, указанную производителем, со значением K _d , указанным в API 520 во время предварительного определения размеров.

Смешивание жидкостей при калибровке может представлять меньший риск, поскольку значения для жидкости K _ASME обычно выше, чем для жидкости API K _d , но, тем не менее, следует избегать смешивания.

Подводные камни при определении размеров жидкостного сценария

До 1980-х годов не существовало различий между жидкостными и паровыми клапанами, используемыми в предохранительных системах — большинство клапанов были разработаны для пара. Жидкостные сценарии обычно не могли полностью открыть паровой клапан до тех пор, пока не было достигнуто примерно 25% избыточного давления.После 1986 года клапаны с жидкостным затвором были сертифицированы для полного открытия при избыточном давлении 10%.

Существует распространенное заблуждение, что обычные или сильфонные клапаны приспособлены для работы как с паром, так и с жидкостью (, то есть с двойным затвором). Не думайте, что клапан с регулируемой паровой регулировкой может отводить жидкость так же хорошо, как его эквивалент с жидкостной регулировкой. Только некоторые клапаны имеют эту характеристику двойного трима; Наиболее широко используется регулирующий пилотный предохранительный клапан. Обычные и сбалансированные сильфонные клапаны с двойным затвором встречаются крайне редко.

Если клапан имеет паровой трим ( т. Е. не сертифицирован для жидкости), его пропускную способность для жидкостей необходимо снизить с помощью коэффициента K _p, который составляет 0,6 для 10% избыточного давления. сценарии. Иначе емкость может быть завышена на 66% и более!

Подводные камни для расчета параметров паров

Жидкостные триммерные клапаны имеют геометрию, которая позволяет им правильно открываться в сценариях с избыточным давлением жидкости. Хотя клапаны с жидкостной регулировкой также открываются для паровых сценариев, коэффициент расхода газа для жидкостной секции клапана не будет идентичен таковому у аналогичного клапана с паровой регулировкой.Нет опубликованного консенсуса в отношении коэффициента расхода газа, скорректированного для клапанов с жидкостным затвором, но продолжается обсуждение в проектном институте AIChE для систем аварийного сброса (DIERS), а также в Подкомитете API по системам сброса давления (SCPRS). .

Широко распространено мнение и мнение, что обычные или сильфонные клапаны с жидкостной триммером будут иметь такой же газовый коэффициент расхода, что и аналогичный паровой клапан, но это не обязательно так. Коэффициент расхода газа в клапане с жидкостной регулировкой будет снижен по сравнению с его эквивалентом для паровой заслонки ( i.е. , K _d будет меньше 0,975 для пара, протекающего через клапан с регулировкой жидкости).

Следите за клапанами с регулируемой жидкостью на уровне их пропускной способности для паровых сценариев или около нее, и знайте, что пропускная способность может быть завышена в таких ситуациях.

Коэффициент сжимаемости

PRD для жидкостей с коэффициентом сжимаемости ( Z ) вне диапазона 0,8–1,1 следует рассчитывать с использованием подхода прямого интегрирования, описанного в Приложении B к API 520 Часть 1 (5) , потому что Стандартный метод определения размера пара для критического расхода не всегда подходит в этих условиях.В то время как стандартные уравнения для определения размера пара учитывают сжимаемость только при входном давлении PRD, подход прямого интегрирования следует за поведением жидкости (, т. Е. Плотностью ) вдоль пути изэнтропического расширения, когда она сбрасывает давление через сопло PRD от входного давления до давления на выходе. . Последний подход может обеспечить более точное прогнозирование поведения жидкости и, следовательно, потока через PRD.

Самое современное программное обеспечение поможет пользователям найти применимые уравнения, если сжимаемость жидкости выходит за пределы предписанного диапазона.Размер старых установок мог быть рассчитан с использованием неправильного метода или формул. Часто неправильные формулы определения размеров применяются, когда дизайнеры используют более простые инструменты определения размеров, такие как вычисления на оборотной стороне салфетки и электронные таблицы Excel.

Эта ловушка встречается не так часто для установок, размер которых изменился или которые прошли повторную валидацию в течение последних десяти лет. Имейте в виду, что меньшие или более старые объекты с большим количеством газовых и паровых систем высокого давления с большей вероятностью использовали традиционный размер пара, а не прямую интеграцию, поэтому переоценка пропускной способности клапана, вероятно, является проблемой только в тех случаях, когда установленные устройства находятся на своей мощности или близки к ней.

Выбор двухфазного сценария: вход переохлажденного газа, выход мгновенного испарения

Выбор правильной начальной температуры сброса жидкости важен, поскольку она может существенно повлиять на последующее мгновенное испарение. Технологическая текучая среда может быть переохлаждена на входе в предохранительное устройство, а затем начнет мигать, когда она сбрасывается через PRD и попадает в систему утилизации (или атмосферу).

Например, предположим, что сосуд под давлением содержит насыщенную воду, обычно имеющую температуру 300 ° F (рабочее давление 52 фунта на кв. Дюйм), и имеет давление на выходе из PRD в атмосферу, установленное на 100 фунтов на квадратный дюйм.Однако это же судно может работать при температуре 326 ° F (83 фунта на кв. Дюйм). Если переполнение жидкостью является допустимым сценарием избыточного давления, у инженера может возникнуть соблазн выбрать размер PRD с использованием нормальной рабочей температуры (300 ° F). Когда жидкая вода выходит из PRD и попадает в атмосферу, она вспыхивает, потому что температура кипения при атмосферном давлении составляет приблизительно 212 ° F. Однако на количество миганий влияет начальная температура. Фактически, количество миганий (объем жидкости, которая расширяется в пар) будет больше, если начальная температура сброса составляет 326 ° F.Поскольку требования к объемному расходу и размеру PRD выше, когда мигает больше, разумно выбрать более высокую, хотя и ненормальную, температуру.

Детальный проект

Шаг между определением размеров и установкой PRD — это этап детального проектирования, во время которого разрабатывается остальная часть проекта PRS. Инженеры обычно не несут ответственности за детальное проектирование новых установок PRS. Например, инженер может указать, что выход PRD должен быть 6 дюймов. Sch. 40, но может не определять точную геометрию системы утилизации.

Две ловушки обычно мешают инженерам (и организациям) успешно преодолеть разрыв между определением размеров PRD и правильной установкой — карманы и непредусмотренные размеры труб.

▲ Рис. 2. Жидкость может скапливаться в кармане, т. Е. — это нижняя точка горизонтального трубопровода, что ограничивает способность разгрузки.

Карманы. Карман — это нижняя точка в системе трубопроводов (рис. 2), которая может ограничивать разгрузочную способность, блокировать поток, вызывать опасный пробочный поток и позволять жидкости скапливаться.

Инженеры-технологи часто пишут «НЕ КАРМАНЫ» на схемах и идентификаторах, которые они отправляют проектировщикам трубопроводов для детального проектирования, но, тем не менее, иногда установка заканчивается карманами. Есть много удобных оправданий для помещения карманов в выпускной трубопровод PRD (, например, трубопровод для обхода существующих конструкций), но настоящей причиной часто является отсутствие связи. Инженеры должны быть уверены, что общаются и работают с проектировщиками труб, чтобы избежать карманов. Проектировщики труб будут делать все возможное, чтобы следовать указаниям инженеров по проектированию P&ID, но они могут не знать, куда обратиться, если что-то мешает безучастному видению инженера.

Непредусмотренные размеры труб и врезки. Более короткие трубы с большим диаметром часто желательны в установках предохранительных устройств, поскольку они имеют меньшие перепады давления, чем более длинные трубы меньшего диаметра. Инженеры, проектирующие PRD, часто не работают на объекте, где будет установлен PRD, и могут не знать, где расположены платформы, переходы или другие трубопроводы и клапаны. Таким образом, маршрут для нового трубопровода PRS часто определяется только после того, как кто-то пройдет через объект, чтобы определить физическое местоположение и ограничения.Хотя инженер мог представить себе PRS с 5-футовым входным и 40-футовым выпускным трубопроводом, в действительности подробный проект может потребовать гораздо большей длины с большим количеством фитингов, что отрицательно сказывается на падении давления и желаемом месте врезки. В этом случае инженер должен скорректировать расчеты размеров с учетом более длинных трубопроводов, поскольку падение давления может увеличиться, а разгрузочная способность снизиться.

Ключом к предотвращению этой ловушки является общение с проектировщиками труб! Важность диалога во время детального проектирования часто упускается из виду, но может иметь решающее значение, если падение давления становится слишком большим.

Обнаружение неисправных установок по P&ID

После проектирования, покупки и установки оборудования оно становится готовым. Термин «как построено» просто относится к тому, как оборудование существует в полевых условиях и как его установка изображена на технических чертежах. Иногда проекты, которые кажутся хорошими на бумаге, плохо устанавливаются в полевых условиях.

Просмотр того, как PRS отображается в P&ID, может выявить проблемные установки.

▲ Рисунок 3. Входные отверстия PRD не должны быть больше, чем соединение с защищаемым оборудованием.

Расширители во входном трубопроводе PSV. Входное отверстие PRD должно быть меньше или того же размера, что и соединение на оборудовании, которое защищает PRD (Рисунок 3). Это требование кода ASME VIII, и его нарушение чревато цитированием OSHA. Расширители во входном трубопроводе PRD могут ограничивать производительность PRD и вызывать повышенное падение давления на входе.

Давление срабатывания предохранительного устройства выше, чем давление срабатывания защищаемого оборудования. За некоторыми исключениями, заданное давление PRD всегда должно быть указано на уровне или ниже MAWP оборудования.Если установленное давление PRD выше, чем MAWP на P&ID, это обычно типографская ошибка. Но если это состояние в исходном состоянии, оно представляет более высокий риск потери герметичности, поскольку PRD предназначены для защиты при накоплении давления 10%, 16% или 21% в соответствии с директивами ASME VIII (1) . Эта проблема более вероятна, когда MAWP единицы оборудования снижается или система MOC не задействует активно персонал PRS.

Устройство сброса давления, установленное на дне жидкостной системы. В идеале PSV следует устанавливать в паровом пространстве оборудования. PRD, установленные в жидкостном пространстве, гораздо более восприимчивы к вытеснению жидкости или двухфазному потоку, которые могли быть упущены из виду при оценке сценариев пара (, например, пожар). Эта проблема установки связана с физическим риском несоответствия размеров для работы в условиях вытеснения жидкости или двухфазного потока.

Обратные клапаны в выпускном трубопроводе предохранительного устройства. Невозможно гарантировать, что обратные клапаны останутся открытыми, и их нельзя контролировать открытыми административными средствами.Потенциальная блокировка обратного клапана несет в себе физический риск того, что предохранительное устройство не сможет справиться с избыточным давлением. По этой причине обратные клапаны не должны располагаться на пути разгрузки.

Обнаружение неисправных установок в полевых условиях

Для любых проблем с установкой, которые могут быть обнаружены на P&ID, требуется последующее визуальное подтверждение в полевых условиях. В дополнение к подводным камням, которые вы можете найти в P & ID, визуальная проверка также может выявить:

Длинный входной трубопровод. Длинный или извилистый впускной или выпускной трубопровод может привести к значительному падению давления. Несмотря на то, что проектная основа сброса давления, которая не отражает ситуацию с трубопроводом в том виде, в котором она построена, может представлять риск цитирования, чрезмерное падение давления может вызвать нестабильность устройства сброса давления и ограниченную противодавлением производительность, что создает физические риски. Эти проблемы наиболее выражены в больших предохранительных устройствах (, например, 4 ″ × P × 6 ″, 6 ″ × Q × 8 ″, 6 ″ × R × 8 ″, 8 ″ × T × 10 ″).

▲ Рисунок 4. (a) Отверстия сильфона не должны быть заблокированы или закрыты.(b) Закрытый сильфон не будет иметь разгрузочной способности, когда противодавление превышает избыточное.

Заблокировано вентиляционное отверстие сильфона. Некоторые клапаны PSV уравновешены противодавлением с помощью сильфона, который выпускается из клапана PSV в атмосферу. Сильфонные вентиляционные отверстия часто обозначаются надписью «НЕ БЛОКИРУЕТСЯ», но ошибки случаются (Рисунок 4). Блокировка вентиляционного отверстия сильфона превращает сбалансированный PSV в обычный несбалансированный PSV, что представляет физический риск иметь небольшую сбросную способность или ее отсутствие, когда противодавление превышает избыточное давление.

Промежуточные задвижки установлены так, чтобы штоки были направлены вверх. Задвижки позволяют отключать предохранительные устройства для целей технического обслуживания и закрываются во время нормальной работы. Длительная коррозия или вибрация могут привести к поломке ворот или их расшатыванию со штоков, что может остаться незамеченным; если задвижка в горизонтальном трубопроводе установлена так, чтобы ее шток был направлен вверх, смещенная задвижка может полностью заблокировать путь разгрузки. Поэтому очень важно, чтобы эти клапаны были установлены на бок.

Боковые предохранительные клапаны. ПСВ следует устанавливать в вертикальном вертикальном положении. Боковые клапаны могут работать не так, как задумано — либо неожиданно открываться, либо протекать.

Выпускной трубопровод для атмосферного воздуха на расстоянии вытянутой руки. Предохранительные устройства, сбрасывающие воду в атмосферу, должны выпускаться в безопасное место. Если вы можете заглянуть в конец выхлопной трубы PRD, НЕ ЗАПРЕЩАЕТСЯ. Этот PRD и нагнетательный трубопровод были установлены неправильно.

Заключительные мысли

Если вы обнаружите, что допустили какую-либо из ошибок проектирования и установки PRS, описанных в этой статье, важно:

признать ошибку
выработать предварительные решения
сообщить об ошибке
исправить ошибка с доработанными решениями
учиться на опыте и не повторять ту же ошибку снова.

Легче сказать, чем сделать, но хорошие инженеры обязаны признавать свои ошибки и сообщать о них, чтобы они не повторялись.

Номенклатура

A = площадь разгрузки

C = функция отношения удельной теплоемкости идеального газа

C _p = удельная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении

C _v = удельная теплоемкость идеального газа для постоянного объема

G = массовый поток

G ₁ = удельный вес жидкости при температуре сброса

h = напор насоса

K = коэффициент нагнетания

K _b = коэффициент поправки на производительность для противодавления

K _c = комбинированный поправочный коэффициент для установок с разрывной мембраной перед предохранительным клапаном

K _d = эффективный коэффициент API нагнетания

K _v = поправочный коэффициент вязкости

9003 8 K _w = коэффициент поправки на производительность для противодавления

M = молекулярная масса пара или газа

P ₁ = давление сброса выше по потоку

P ₂ = общее противодавление

Q = объемный расход

SG = удельный вес

T = температура сброса пара или газа

W = расход

Z = коэффициент сжимаемости пара или газа

Греческий Буквы

Δ p = изменение давления

Цитированная литература

Американское общество инженеров-механиков, «Правила строительства сосудов под давлением», BPVC, Раздел VIII, разд.1, Нью-Йорк, Нью-Йорк (2015).
Американский институт нефти, «Системы сброса и сброса давления», Стандарт 521, 6-е изд., API, Вашингтон, округ Колумбия (январь 2014 г.).
Управление по безопасности и гигиене труда США, «Добровольные программы защиты», Управление совместных и государственных программ, OSHA, Департамент труда США, Вашингтон, округ Колумбия, www.osha.gov/dcsp/vpp/index.html ( по состоянию на февраль 2016 г.).
Управление охраны труда и здоровья США, «Управление производственной безопасностью особо опасных химических веществ», 29 CFR 1910.119, Министерство труда США, Вашингтон, округ Колумбия, www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=STANDARDS&p_id=9760 (по состоянию на февраль 2016 г.).
Американский институт нефти, «Определение размеров, выбор и установка устройств для сброса давления, часть I — определение размеров и выбор», Стандарт 520, часть I, 9-е изд.
No related posts.