Принцип работы предохранительного клапана в гидравлике: Устройство гидравлических клапанов давления и принципы работы

Устройство и принцип работы гидравлических клапанов

   Гидроклапан давления (рис.1.1а) состоит из корпуса I, в котором находится золотник 2, поджатый с торца пружиной 4, усилие которой регулируется винтом 5 и имеет полости подвода (Р) и отвода (А,Т), вспомогательные полости (а,б), каналы управления (в,г,д,е,ж,а) и демпферное отверстие (и).

   В нижнем нормальном положении золотника 2 полости (Р) и (А, Т) разъединены, если сила давления рабочей жидкости на нижний торец золотника 2 в полости (a) не превышает усилие регулируемой пружины 4 и силу давления рабочей жидкости на верхний торец золотника в полости (б). В случае превышения — золотник 2 перемещается вверх и полость подвода (Р) соединяется через проточку на золотнике с полостью отвода (А,Т).

   Такой принцип работы гидроклапана давления в общем случае, однако в зависимости от способа управления, т.е. от того как соединены каналы управления с основными линиями или используются независимо, могут быть четыре способа подключения гидроклапана давления (рис. 1.1 б,в,г,д), имеющие различное функциональное назначение.

Рис.1.1. Общий вид (а) и схема исполнений

(б- первая, в- вторая, г- третья, д- четвертая) гидроклапана давления.

   Гидроклапан давления первого исполнения (рис. 1.1б) может применяться в качестве предохранительного или переливного клапана (подсоединен параллельно), а также клапана разности давлений (подсоединен последовательно). При работе гидроклапана давления по схеме первого исполнения рабочая жидкость подводится в полость (Р) и поступает по каналам управления (е,ж,з) и демпферному отверстию (и) во вспомогательную полость (а), в которой создается давление на нижний торец золотника 2. Полость отвода (Т) пре­дохранительных и переливных клапанов соединяется со сливом, а полость (А) клапанов разности давления — с гидросистемой.

   При применении гидроклапана давления в качестве предохранительного клапана в объемном гидроприводе с регулируемым насосом через него не проходит в нормальных условиях поток рабочей жидкости. Клапан срабатывает лишь при превышении установленного давления в гидросистеме по каким-либо причинам, например, превышение допустимой нагрузки на цилиндр, остановка на упоре и т.д. В этом случае давление в подводящей гидролинии (Р) возрастает, а следовательно, повышается давление в полости (а) на нижний торец золотника 2. Если усилие от давления на золотник 9 полости (а) превышает усилие регулируемой пружины, золотник перемещается вверх и напорная линия через полости (Р) и (Т) соединяется со сливной линией. Рабочая жидкость под давлением пропускается в бак и давление в напорной линии уменьшается. В результате этого уменьшается давление в полостях (Р) и (а) и при условии, что усилие от давления на нижний торец золотника станет ниже усилия пру­жины на верхний торец, золотник опустится под действием пружины и отсоединит полость (Р) от (Т).

   При применении гидроклапана давления в качестве переливного клапана в системах с дроссельным регулированием через него постоянно протекают излишки рабочей жидкости, т. е. он постоянно находится в работе, т.к. дроссель ограничивает поток рабочей жидкости в систему. С помощью гидроклапана давления обеспечивается настройка требуемого давления и поддержание его практически постоянным независимо от изменения нагрузки на цилиндр. Это достигает­ся тем, что золотник 2 под действием усилия от давления на нижний торец находится в равновесии в таком положении, при котором имеется определенных размеров дросселирующая щель через проточку на золотнике из полости (Р) в полость (Т). В случае превышения уста-новленного давления повысится давление на нижний торец золотника,нарушится его равновесие и он будет смещаться вверх, увеличивая размеры дросселирующей щели. При этом увеличивается поток жидкости на слив, в результате чего давление понижается, т.е. восстанавливается, а золотник уравновесится. При понижении давления по сравнению с установленным равновесие золотника также нарушится, но золотник под действием пружины будет перемещаться вниз, размеры дросселирующей щели и поток жидкости на слив уменьшаются и давление восстановится.

   При применении гидроклапана давления в качестве клапана разности давлений полость (Р) соединяется с напорной линией, а по­лость (А) — с какой-либо другой гидролинией системы. Так как по­лость (а) нижнего торца золотника соединена с полостью (Р), а полость (б) верхнего торца золотника с полостью (А), то разность давлений в подводящем и отводящем потоках будет определяться усилием регулируемой пружины и поддерживаться постоянной независимо от изменения давленая в гидросистеме.

   При применении гидроклапана давления в качестве клапана последовательности используются второе, третье и четвертое исполнения. При работе гидроклапана давления по второй схеме исполнения (рис. 1.1в) в канал (е) устанавливается пробка, а через канал (з) под нижний торец золотника подводится управляющий поток (х). Пропускание потока рабочей жидкости из полости подвода (Р) в полость отвода (А,Т) обеспечивается только при достижении в линии управления (х) соответствующей величины давления, определяемой настройкой регулируемой пружины и величиной давления в отводимом потоке. В этом случае усилие на нижний торец золотника от давления в управляющем потоке превышает усилие пружины и усилие от давления в полости (б) на верхний торец, золотник поднимается и соединяет полости (Р) и (А,Т). При этом обеспечивается поддержание постоянной разности давлений в управляющем (х) и отводимом (А) потоках.

   При работе гидроклапена давления по третьей схеме исполне­ния (рис.1.1г) канал (д) заглушается пробкой, а полость (б) над верхним торном золотника соединяется через канал (в) с баком или улравляющим потоком (у). Пропускание потока рабочей жидкости из полости подвода (Р) в полость отвода (А,Т) обеспечивается при достижении в полости подвода заданной величины давленая, определяемой настройкой пружины и давлением в линии управления (у). В атом случае усилие от давления на нижний торец золотника превышает усилие пружины и усилие от давления управляющего потока в полости (б), золотник перемещается и соединяет полости (Р) и (А).

   При работе гидроклапана давления по четвертой схеме исполнения (рис1. 1 д) каналы (д) и (е) заглушаются пробками, полость (б) над верхним торцом золотника соединяется через канал (в) с баком или управляющим потоком (у), а в полость (а) под нижний торец золотника и канал (з) подается управляющий поток (х). Пропускание потока рабочей жидкости обеспечивается в обоих направлениях при достижении в линиях управляющих потоков (х) и (у) заданной разности давлений, определяемой настройкой пружины. В этом случае усилие от давления в полости (а) управляющего потока (х) превыша-ет усилие пружины и усилие от давления в полости (б) управляющего потока (у), золотник поднимается и соединяются полости (Р) и (А).

   Примеры применения гидроклапанов давления в гидросистемах приведены на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схемы применения в гидросистемах гидроклапанов давления для защиты от перегрузки и блокировки по давлению (а) или по расходу (б) рабочей жидкости

Предохранительный клапан и схема его работы

Предохранительные клапаны. Предохранительные клапаны непрямого действия устанавливаются между сливной и нагнетательной магистралями с целью защиты гидросистемы от перегрузки, поломок, когда поршни либо плунжеры исполнительных гидроцилиндров доходят до крайних положений, а также в процессе регулирования, если в нагнетательной магистрали имеется дросселирующее отверстие.

Внутри корпуса (8) имеется два параллельных отверстия – сквозное и глухое. В сквозном отверстии устанавливается основной перепускной клапан. Конструкция данного клапана включает в себя плунжер (1) с дроссельным отверстием Е, пружину (2), под воздействием которой плунжер упирается во втулку (9). В глухом отверстии помещён вспомогательный клапан, состоящий из шпинделя (4), ввёрнутого в корпус (8), направляющего стержня (6), пружины (7), шарика (5). В шпинделе (4) имеется осевое отверстие Б, наружная кромка которого служит седлом для шарика (5). В верхней части отверстие пересекается с двумя сквозными радиальными каналами, расположенными под углом 90 градусов. Сверху отверстия закрываются крышкой (3), прикреплённой к корпусу (8) с помощью четырёх болтов.

Принцип действия предохранительного клапана: в нормальном режиме работы гидросистемы шарик (5) прижат к седлу пружиной (7). Давление в преддроссельной полости Г и последроссельной полости Д одинаковое и пружина (2) удерживает гидравлически уравновешенный плунжер (1) в крайнем нижнем положении (торец плунжера упирается в торцевую поверхность втулки (9)). Нагнетательный канал А и сливной канал В разъединены.

При повышении давления в нагнетающей магистрали выше допустимого предела возрастает давление в полости Д, а значит, и перед шариком (5). Шарик отодвинется от седла и откроет проход маслу из полости Д через канал Ж в сливной канал В. Приток жидкости в полость Д ограничен дроссельным отверстием Е, поэтому здесь давление масла становится меньше, чем в преддроссельной полости Г. Разность усилий на плунжер (1) со стороны полости Г и полости Д поднимает его вверх, соединяя нагнетательный канал А со сливным каналом В. Это приводит к ограничению давления в гидросистеме.

Когда давление в гидросистеме станет ниже давления настройки предохранительного клапана, то шарик (5) под воздействием пружины сядет в своё седло. Перетекание масла из полости Д в сливную магистраль прекратится. Давление в полостях Г и Д выровняется и плунжер под усилием пружины (2) опустится до упора во втулку (9), разъединив нагнетательную и сливную магистрали.

Регулировка предохранительного клапана производится путём вращения шпинделя (4) на давление 6,3 МПа (63 кгс/см2), подводя масло к полости Г, а канал В следует соединить со сливом.

Рис. 1. Предохранительный клапан и схема его работы.

1) – Плунжер;

2) – Пружина;

3) – Крышка;

4) – Шпиндель;

5) – Шарик;

6) – Направляющий стержень;

7) – Пружина;

8) – Корпус;

9) – Втулка.

А – Нагнетательный канал;

Б – Осевое отверстие в шпинделе;

В – Сливной канал;

Г – Преддроссельная полость;

Д – Последроссельная полость;

Е – Дроссельное отверстие;

Ж – Канал.

16*

Основы предохранительных клапанов

ИСТОРИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ

Предохранительные клапаны (предохранительные клапаны) предназначены для открытия при заданном давлении и сброса жидкости до тех пор, пока давление не упадет до приемлемого уровня. Разработка предохранительного клапана имеет интересную историю.

Многие источники считают Дени Папена создателем первого предохранительного клапана (около 1679 г.) для предотвращения избыточного давления в его паровом «варочном котле». Его конструкция сброса давления состояла из груза, подвешенного на плече рычага. Когда сила давления пара, действовавшая на клапан, превышала силу веса, действующего через плечо рычага, клапан открывался. Конструкции, требующие более высокой настройки давления сброса, требовали более длинного плеча рычага и/или большего веса. Эта простая система работала, однако требовалось больше места, и ее можно было легко взломать, что могло привести к избыточному давлению и взрыву. Другим недостатком было преждевременное открытие клапана, если устройство подвергалось колебательным движениям.

Грузовые предохранительные клапаны прямого действия: Позже, чтобы избежать недостатков рычажного устройства, на первые паровозы стали устанавливать грузоподъемные предохранительные клапаны прямого действия. В этой конструкции грузы прикладывались непосредственно к верхней части клапанного механизма. Чтобы удерживать размер грузов в разумных пределах, размер клапана часто был меньше, что приводило к меньшему вентиляционному отверстию, чем требовалось. Часто происходил взрыв, когда давление пара росло быстрее, чем вентиляционное отверстие могло сбросить избыточное давление. Подпрыгивающие движения также преждевременно снижают давление.

Пружинные клапаны прямого действия: Тимоти Хакворт считается первым, кто использовал пружинные клапаны прямого действия (около 1828 г.) на своем локомотиве под названием «Ройял Джордж». Тимоти использовал аккордеонное расположение листовых пружин, которые позже были заменены винтовыми пружинами, чтобы приложить усилие к клапану. Усилие пружины можно точно отрегулировать, отрегулировав гайки, удерживающие листовые пружины.

Усовершенствования конструкции пружинного предохранительного клапана прямого действия продолжались и в последующие годы в ответ на широкое использование паровых котлов для выработки тепла и питания локомотивов, речных судов и насосов. Паровые котлы сегодня менее распространены , но предохранительный клапан по-прежнему является критически важным компонентом в системах с сосудами под давлением для защиты от повреждения или катастрофического отказа.

Каждое приложение имеет свои уникальные требования, но прежде чем мы приступим к процессу выбора, давайте рассмотрим принципы работы типичного предохранительного клапана прямого действия.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ В РАБОТЕ

Предохранительный клапан состоит из трех функциональных элементов:

  1. ) Клапанный элемент, обычно подпружиненный тарельчатый клапан.
  2. ) Чувствительный элемент, обычно диафрагма или поршень.
  3. ) Эталонный силовой элемент. Чаще всего пружина.
     

Во время работы предохранительный клапан остается нормально закрытым до тех пор, пока давление на входе не достигнет желаемого установочного давления. Клапан откроется, когда будет достигнуто заданное давление, и продолжит открываться дальше, пропуская больший поток по мере увеличения избыточного давления. Когда давление на входе падает на несколько фунтов на квадратный дюйм ниже установленного давления, клапан снова закрывается.

(1) ЭЛЕМЕНТ КЛАПАНА (тарельчатый клапан)

Чаще всего в предохранительных клапанах в качестве элемента клапана используется подпружиненный «тарельчатый» клапан. Тарелка включает в себя эластомерное уплотнение или, в некоторых конструкциях высокого давления , уплотнение из термопласта, которое предназначено для уплотнения седла клапана. При работе пружина и давление вверх по потоку воздействуют на клапан противоположными силами. Когда сила давления перед клапаном превышает силу пружины, тарелка отходит от седла клапана, что позволяет жидкости проходить через выпускное отверстие. Когда давление на входе падает ниже заданного значения, клапан закрывается.

(2) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (поршень или диафрагма)

Конструкции поршневого типа часто используются, когда требуется более высокое давление сброса, когда важна прочность или когда давление сброса не должно поддерживаться с жесткими допусками . Поршневые конструкции имеют тенденцию быть более медленными по сравнению с конструкциями с диафрагмой из-за трения от уплотнения поршня. В приложениях с низким давлением или когда требуется высокая точность, предпочтительным является тип диафрагмы. В мембранных предохранительных клапанах используется тонкий элемент в форме диска, который используется для определения изменений давления. Обычно они изготавливаются из эластомера, однако в особых случаях используется тонкий гофрированный металл. Диафрагмы практически устраняют трение, присущее поршневым конструкциям. Кроме того, для определенного размера предохранительного клапана часто можно обеспечить большую площадь чувствительности с помощью конструкции с диафрагмой, чем это было бы возможно с конструкцией поршневого типа.

(3) ЭЛЕМЕНТ ОПОРНОЙ СИЛЫ (пружина)

Элементом опорной силы обычно является механическая пружина. Эта пружина воздействует на чувствительный элемент и закрывает клапан. Многие предохранительные клапаны спроектированы с регулировкой, которая позволяет пользователю регулировать уставку давления сброса, изменяя усилие, действующее на эталонную пружину.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Давление сброса
Ожидаемое давление сброса является важным фактором при выборе продукта, наиболее подходящего для применения.

Требования к потоку
Какова максимальная скорость потока, необходимая приложению? Насколько сильно меняется скорость потока? Конфигурация переноса и эффективные отверстия также являются важными факторами.

Используемая жидкость (газ, жидкость, токсичная или легковоспламеняющаяся)

Прежде чем выбирать материалы, наиболее подходящие для вашего применения, следует учитывать химические свойства жидкости. Каждая жидкость будет иметь свои уникальные характеристики, поэтому необходимо тщательно выбирать соответствующие материалы корпуса и уплотнения, которые будут контактировать с жидкостью. Части предохранительного клапана, контактирующие с жидкостью, называются «смачиваемыми» компонентами. Если жидкость является легковоспламеняющейся или опасной по своей природе, предохранительный клапан должен обеспечивать ее безопасный сброс.

Размер и вес

Во многих высокотехнологичных приложениях пространство ограничено, и важным фактором является вес. Некоторые производители специализируются на миниатюрных компонентах, и с ними следует проконсультироваться. Выбор материала, особенно компонентов корпуса предохранительного клапана, будет влиять на вес. Также внимательно рассмотрите размеры порта (резьбы), стили регулировки и варианты монтажа, так как они будут влиять на размер и вес.

Во многих высокотехнологичных приложениях пространство ограничено, и важным фактором является вес. Некоторые производители специализируются на миниатюрных компонентах, и с ними следует проконсультироваться. Выбор материала, особенно компонентов корпуса предохранительного клапана, будет влиять на вес. Также внимательно рассмотрите размеры порта (резьбы), стили регулировки и варианты монтажа, так как они будут влиять на размер и вес.

Материалы
Доступен широкий ассортимент материалов для работы с различными жидкостями и рабочими средами. Обычные материалы компонентов клапана сброса давления включают латунь, пластик и алюминий. Также доступны различные марки нержавеющей стали (например, 303, 304 и 316). Пружины, используемые внутри предохранительного клапана, обычно изготавливаются из музыкальной проволоки (углеродистой стали) или нержавеющей стали.

Латунь подходит для большинства распространенных применений и обычно экономична. Алюминий часто указывается, когда учитывается вес. Пластик рассматривается, когда в первую очередь важна низкая стоимость или требуется одноразовый предмет. Нержавеющие стали часто выбирают для использования с агрессивными жидкостями, когда важна чистота жидкости или когда рабочие температуры будут высокими.

Не менее важна совместимость материала уплотнения с жидкостью и диапазоном рабочих температур. Buna-N является типичным уплотнительным материалом. Некоторые производители предлагают дополнительные уплотнения, в том числе: фторуглерод, EPDM, силикон и перфторэластомер.

Температура
Материалы, выбранные для предохранительного клапана, должны быть не только совместимы с жидкостью, но и должным образом функционировать при ожидаемой рабочей температуре. Основная проблема заключается в том, будет ли выбранный эластомер правильно функционировать в ожидаемом диапазоне температур. Кроме того, рабочая температура может повлиять на пропускную способность и/или жесткость пружины в экстремальных условиях.

ВАРИАНТЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА BESWICK

Компания Beswick Engineering производит четыре типа предохранительных клапанов, которые лучше всего подходят для вашей области применения. RVD и RVD8 представляют собой предохранительные клапаны на основе диафрагмы, которые подходят для более низкого давления сброса. Клапаны RV2 и BPR имеют поршневую конструкцию.

Максимальное давление источника

  1. Модель RVD может использоваться с входным давлением до 80 фунтов на кв. дюйм
  2. Модель RVD8 может использоваться с входным давлением до 80 фунтов на кв. дюйм
  3. Модель RV2 может использоваться при давлении на входе до 500 фунтов на кв. дюйм
  4. Модель BPR может использоваться при давлении на входе до 500 фунтов на кв. дюйм

Диапазон давления сброса с открытым в (3-30) диапазон фунтов на квадратный дюйм. Пожалуйста, свяжитесь с нами, если вам нужна более высокая настройка.

  • Модель RVD8 раскрывает трещины в диапазоне (3-30) psig. Пожалуйста, свяжитесь с нами, если вам нужна более высокая настройка.
  • Модель RV2 раскрывается при давлении (3-30) фунтов на кв. дюйм
  • Модель BPR раскрывается при давлении (0-400) фунтов на кв. дюйм

    • Материалы конструкции
    Доступен широкий ассортимент материалов, но они различаются между моделями.

    1. RVD: нержавеющая сталь 303 и 316, латунь и алюминий
    2. RVD8: нержавеющая сталь 303 и латунь
    3. RV2: нержавеющая сталь 303 и 316 и латунь
    4. BPR: нержавеющая сталь 303, латунь и алюминий

    Портирование Размер

    1. RVD: впускной и выпускной порты имеют внутренний размер 10-32 UNF
    2. RVD8: впускной порт состоит из четырех отверстий диаметром 3/64 дюйма, а выпускной порт имеет внешний размер 10-32 UNF
    3. RV2: впускной и выпускной порты имеют внутренний размер 10-32 UNF
    4. BPR: впускной и выпускной порты имеют внутренний размер 10-32 UNF для большинства моделей 10-32 внутр. ). Входной порт 10-32 UNF внутренний.
      Тип 8 : Выходной порт 10-32 UNF внешний. Впускной порт представляет собой отверстие диаметром 1/32 дюйма.

    Вес

    1. Вес RVD 25 грамм из латуни и нержавеющей стали
          15 грамм из алюминия
    2. RVD8 весит 25 грамм из латуни и нержавеющей стали
    3. RV2 весит 41 грамм из латуни и нержавеющей стали
    4. BPR весит 72 грамма из латуни и нержавеющей стали
          33 грамма из алюминия

    Предохранительный клапан – как они работают 04 Рисунок 1 : Предохранительный клапан

    Предохранительный клапан защищает систему от избыточного давления. Избыточное давление возникает, когда давление в системе превышает максимально допустимое рабочее давление (MWAP) или давление, на которое рассчитана система. Предохранительные клапаны могут открываться очень быстро по сравнению с предохранительными клапанами. Предохранительный клапан открывается при заданном давлении; клапан сначала приоткрывается, затем открывается полностью, чтобы как можно быстрее убрать нежелательное давление из системы.

    Предохранительные клапаны предотвращают повышение давления, которое может привести к неисправностям, пожароопасности или взрывам. Среда системы полностью приводит в действие предохранительный клапан, поддерживая его работу в случае сбоя питания. Предохранительные клапаны имеют только механические части, которые срабатывают при выходе из строя электронных или пневматических предохранительных устройств.

    Содержание

    • Важная терминология
    • Предохранительный клапан Тип
    • Критерий выбора
    • Приложения
    • Предохранительный клапан символ
    • Сертификация предохранительного клапана
    • Часто задаваемые вопросы

    • регулируемый предохранительный клапан

    • нерегулируемый предохранительный клапан

    Важная терминология

    • Избыточное давление: Превышение давления над установленным давлением предохранительного клапана.
    • Рабочее давление: Давление, при котором система работает в нормальных условиях эксплуатации.
    • Установленное давление: Давление, при котором диск предохранительного клапана начинает подниматься и открываться.
    • Подъем: Расстояние, на которое диск перемещается из закрытого положения в положение, необходимое для разгрузки.
    • Противодавление: Давление на выходе предохранительного клапана во время потока. Противодавление = избыточное противодавление + избыточное противодавление.
    • Созданное противодавление: Давление на выходе при открытии предохранительного клапана.
    • Наложенное противодавление: Давление на выходе закрытого предохранительного клапана.
    • Максимально допустимое рабочее давление (MAWP): Максимально допустимое давление при заданной температуре в нормальных условиях эксплуатации. MAWP — это максимальное давление, которое может выдержать самый слабый компонент системы.
    • Продувка: Разница между давлением, при котором диск поднимается, и давлением, при котором клапан закрывается. Продувка обычно выражается в процентах.
    • Пропускная способность: Скорость, с которой предохранительный клапан может сбросить избыточное давление.

    Типы предохранительных клапанов

    Существуют различные типы предохранительных клапанов: клапаны с пружинным механизмом, клапаны с уравновешенным сильфоном и предохранительные клапаны с пилотным управлением. Каждый тип имеет преимущество в конкретной ситуации.

    Пружинный механизм

    Наиболее распространенным предохранительным клапаном является подпружиненный предохранительный клапан или предохранительный клапан прямого действия. Преимуществом этого типа является то, что он доступен для диапазонов давления приблизительно от 1 до 1400 бар. Механизм состоит из следующих компонентов:

    • Расширительная камера: Расширительная камера (рис. 2, обозначенная буквой A) увеличивает площадь поверхности, на которую давит среда системы, чтобы открыть предохранительный клапан. Это позволяет предохранительному клапану быстро открыться.
    • Пружина: Жесткость пружины (рис. 2, обозначенная B) определяет, при каком давлении среда системы может начать открывать клапан.
    • Диск: Диск (рис. 2, обозначенный буквой C) устанавливается на сопло и перемещается вверх и вниз, пропуская или предотвращая поток через предохранительный клапан.
    • Кольцо сопла: Кольцо сопла (рис. 2, помеченное D) влияет на давление, при котором диск снова сядет на место. Высокое значение может привести к слишком поздней переустановке диска. Низкое значение может привести к случайному открытию и закрытию диска, когда он не должен.
    • Форсунка: Форсунка (рис. 2, обозначенная буквой E) контролирует площадь поверхности диска, с которой среда взаимодействует до открытия клапана. Это приводит к тому, что при открытии клапана среда воздействует на большую площадь поверхности, увеличивая силу, действующую на диск, и быстро открывая диск.

    Рис. 2: Предохранительный клапан с пружинным механизмом: расширительная камера (A), пружина (B), диск (C), кольцо сопла (D) и сопло (E).

    Баланс между усилием пружины предохранительного клапана и входным усилием управляет открытием и закрытием клапана. Входное давление и площадь поверхности диска, с которой взаимодействует среда, определяют входную силу. По закону Паскаля сила равна произведению давления на площадь. Следовательно, по мере увеличения площади диска, с которой взаимодействует носитель, увеличивается и сила.

    Важнейшей характеристикой предохранительных клапанов является то, что они полностью открываются за короткий промежуток времени для достижения максимальной пропускной способности за минимальное время. Это возможно, потому что диск клапана имеет больший диаметр, чем сопло. Как только входное давление становится достаточно высоким, диск поднимается. В этот момент поверхность диска, на которую может попасть среда, становится больше. Это приводит к входному усилию, намного превышающему усилие пружины, и клапан полностью открывается.

    Существуют специальные версии предохранительных клапанов для несжимаемых и сжимаемых сред и газов/паров. Предохранительные клапаны для газов и паров часто открываются до достижения установленного давления и открываются как минимум на 50 % подъема при давлении срабатывания (см. рис. 3 9).0005

    Рисунок 3: Механизм предохранительного клапана для газов и паров (слева): кольцо сопла (A) и схема потока (B). Пропускная характеристика предохранительного клапана для газов и паров (справа): давление срабатывания (1) и подъем (2).

    Предохранительные клапаны этого типа имеют существенный недостаток: они очень чувствительны к противодавлению. Противодавление может отрицательно сказаться на безопасности клапана.

    Уравновешенный сильфон

    Рис. 4: Предохранительный клапан с уравновешенным сильфоном: направляющая (A), металлический сильфон (B), держатель тарелки (C).

    Предохранительные клапаны с разгрузочным сильфоном не подвержены отрицательному воздействию противодавления. Сильфоны (рис. 4, обозначенные B) над диском обеспечивают равномерное распределение противодавления над и под диском. Кроме того, пружина не соприкасается со средой, что предотвращает нежелательное воздействие среды на пружину. Недостатком уравновешенных сильфонных предохранительных клапанов является то, что их МДРД ниже, чем у предохранительных клапанов прямого действия. Они работают до максимального давления 15,9 бар.

    Пилотный предохранительный клапан

    В пилотном предохранительном клапане давление, необходимое для открытия диска, намного ближе к рабочему давлению системы. Это устраняет ненужное повышение давления сверх рабочего давления. Следующие компоненты работают вместе, чтобы сделать это возможным:

    • Пружина пилота: Пружина пилота (рис. 5, обозначенная буквой A) определяет, при каком давлении открывается тарелка пилота.
    • Пилотный клапан: Пилотный клапан (рис. 5, обозначенный B) открывается при установленном давлении, что приводит к перепаду давления, который позволяет открыть главный клапан.
    • Основная пружина: Основная пружина (рис. 5, обозначенная буквой C) удерживает главный клапан закрытым до тех пор, пока не откроется управляющий клапан.
    • Главный клапан: Главный клапан (рис. 5, обозначенный буквой D) открывается, пропуская поток от входа к выходу.
    • Регулировочная рукоятка: Регулировочная рукоятка на управляющем клапане (рис. 5, обозначенная E) позволяет регулировать заданное давление.

    Пока входное давление ниже установленного давления, клапан остается закрытым (рис. 5 слева). Как только входное давление становится выше давления срабатывания, пилотный клапан перемещается в открытое положение, позволяя потоку проходить через пилотное отверстие и выходить из клапана (Рисунок 5 в середине). Это вызывает перепад давления на главном клапане, заставляя его двигаться вверх, позволяя оставшейся среде свободно течь к выпускному отверстию (Рисунок 5 справа). Клапан закрывается, когда давление на входе снова падает ниже давления срабатывания.

    Рис. 5: Клапан сброса давления с направляющим управлением (слева): управляющая пружина (A), управляющий клапан (B), главная пружина (C), главный клапан (D) и регулировочная ручка (E). Пилотный клапан открывается в ответ на достаточно высокое давление на входе, позволяя потоку проходить через пилотное отверстие и выходить из клапана (посередине). Главный клапан в открытом положении (справа).

    Грузовой предохранительный клапан

    Грузовой предохранительный клапан является простейшим типом предохранительного клапана. Он состоит из клапана из бронзы на верхней части вертикальной паровой трубы котла. Когда давление в котле поднимается достаточно, пар поднимает клапан до тех пор, пока оно не уменьшится настолько, чтобы клапан вернулся на свое место. Этот тип клапана подходит только для стационарного применения.

    Критерии выбора

    Для защиты вашей системы от избыточного давления важно понимать пять критериев выбора, указанных ниже. Пожалуйста, прочитайте нашу техническую статью о выборе предохранительных клапанов, чтобы лучше понять эти критерии.

    • Давление настройки
    • Противодавление
    • Разрядная емкость
    • Рабочие температуры
    • Клапан и уплотнительный материал

    Применение

    Предохранительные клапаны в основном используются в промышленности для защиты от избыточного давления, которое может привести к опасным ситуациям, таким как пожар или взрыв. Предохранительные клапаны часто встречаются в:

    • Нефтяная, газовая и нефтяная промышленность: Например, подземные предохранительные клапаны или скважинные предохранительные клапаны широко распространены на морских нефтяных скважинах. В случае неисправности оборудования предохранительный клапан может быстро отключиться, чтобы предотвратить вытекание нефти и газа вверх по скважине в небезопасных условиях.
    • Энергия: Предохранительные клапаны на электростанциях обычно используются для сжимаемых газов, таких как пар и воздух.
    • Санитарно-технические: Предохранительные клапаны из нержавеющей стали идеально подходят для отраслей промышленности, где требуются санитарные условия. Например, пищевая промышленность, производство напитков и фармацевтическая промышленность.
    • HVAC: Предохранительные клапаны сбрасывают давление в случае засорения нагнетания, теплового расширения или внешнего тепла, которое может повредить компоненты.

    Символ предохранительного клапана

    Рисунок 6: Различные символы предохранительного клапана

    Сертификаты предохранительного клапана

    Предохранительные клапаны должны соответствовать различным национальным и международным стандартам безопасности и качества. Чтобы убедиться, что продукт соответствует требованиям, ознакомьтесь с местными стандартами.

    ТЮФ

    Сертификация TÜV оценивает безопасность продукта и подтверждает его соответствие минимальным требованиям Директивы по оборудованию, работающему под давлением (PED) 2014/68/EU. В PED изложены стандарты проектирования и производства оборудования, работающего под давлением, такого как устройства сброса давления, паровые котлы, трубопроводы и сосуды под давлением, работающие при максимально допустимом давлении более 0,5 бар.

    ASME

    ASME (Американское общество инженеров-механиков) обеспечивает спецификацию и сертификацию сосудов высокого давления, котлов и устройств сброса давления.

    ISO 4126

    Стандарт ISO 4126 представляет собой общую спецификацию для предохранительных клапанов, независимо от рабочей среды.

    Часто задаваемые вопросы

    Что делает предохранительный клапан?

    Предохранительный клапан быстро снижает давление в системе в случае повышения указанного давления до небезопасного уровня. Предохранительный клапан продолжает работать до тех пор, пока давление в системе не вернется к безопасному уровню.