Клапаны предохранительные, редукционные, разгрузки и подпора

Назначение и области применения

Перепускные клапана устанавливаются в жидкостных и газовых трубопроводах, в которых возможно регулярное повышение давления по разным причинам. Задачей этого устройства является поддержание рабочего давления в системе. При возрастании напора на участке магистрали перед установленным клапаном, он сбрасывает часть рабочей среды в обводной контур, снижая тем самым давление в основной системе.

Эти устройства находят применение в системах:

• холодного и горячего водоснабжения,
• теплоснабжения от любых источников,
• охлаждения,
• кондиционирования.

Отдельная область – автомобилестроение. Они устанавливаются в системах охлаждения и подачи топлива. Перепускными клапанами в автомобильных двигателях с турбонаддувом регулируется нагнетание воздуха турбокомпрессором.

Принцип действия

Перепускной клапан в системе отопления устанавливают на байпас – дополнительную линию трубопровода, расположенную после насоса или разгонного коллектора и соединяющую подающую трубу с обратной.

Если бойлер является частью водной отопительной системы, то перепуск излишков воды может производиться также в обратном направлении, если же водонагреватель автономен, излишек сбрасывается в канализацию.

Устройство перепускной арматуры несложное:

• внутри металлического корпуса находится заслонка и соединенная с ней пружина;
• на внешней части корпуса может располагаться настроечная рукоятка, позволяющая установить предельное давление;
• дополнительно могут быть установлены датчики температуры и давления, узел подпитки и сброса теплоносителя.

При избыточном давлении заслонка давит на пружину, открывая пропускное отверстие в корпусе. Часть потока из линии подачи теплоносителя перенаправляется в линию отвода. В результате напор рабочей среды выравнивается до необходимого и поддерживается в этом состоянии.

Это важно! Чем больше давление жидкости или газа в трубах, тем сильнее сжимается пружина, тем шире открывается пропускное отверстие корпуса и больше теплоносителя перенаправляется в дополнительный контур.

Когда напор теплоносителя ослабевает, пружина разжимается и сдвигает заслонку обратно, перекрывая пропускное отверстие и прекращая подачу рабочей среды в дополнительный контур – давление в трубопроводе выравнивается.

Конструкция и принцип работы любого перепускного клапана

Его корпус изготавливается из стали или латуни. Основным элементом внутреннего механизма является затвор (заслонка), закрывающий пропускное отверстие. Затвор удерживается в закрытом состоянии пружиной. В отдельных моделях его роль выполняют мембрана или диафрагма. Усилие пружины регулируется настроечным рычагом, выведенным на внешнюю поверхность корпуса.

Гидравлика работы основана на давлении потока рабочей среды в трубопроводе на затвор, находящийся внутри корпуса. Пока усилие меньше установленного регулировками рычага, сливное отверстие остается закрытым. Как только напор становится больше настроечного, давление на пружину приводит к ее сжатию. В результате отверстие для слива оказывается приоткрытым, и часть потока перепускается в обходной контур, уменьшая давление в основной гидросистеме.

Дальше происходит обратный процесс – снижение напора приводит к разжиманию пружины и закрытию затвора, и клапан снова готов к очередному сбросу. Выравнивание давления происходит постоянно, в автоматическом режиме. При работе системы в режиме «закрытой водяной задвижки» перепускной канал остается постоянно открытым, обеспечивая постоянную рециркуляцию потока носителя по обходному контуру.

Отличия от других видов защитных клапанов

Похожим устройством и принципом действия обладают и другие вентили, устанавливаемые для безопасной работы трубопроводов. Но они различаются по назначению и предъявляемым требованиям.

Перепускной вентиль уменьшает нагрузку на насосы системы без изменения количества носителя в ней.

Технические характеристики

Основные величины, определяющие возможности работы перепускных устройств в системе:

• Диаметр прохода. Внутреннее сечение прохода носителя через вентиль. Может отличаться от диаметра основного контура системы.
• Пропускная способность. Характеризует объем рабочей среды, способных пройти через клапан в единицу времени при номинальном давлении в 1 атм. Измеряется в куб.м/час.
• Предельное давление. Максимальное значение избыточного напора, на которое рассчитана работа устройства. Превышение в системе этого параметра приводит к смещению штока вентиля и началу перепуска носителя. Определяется при температуре носителя в 20 °С.
• Диапазон настройки. Границы возможностей регулировки избыточного давления, при котором начинается открывание клапана. Единица измерения – бар.

Как выбрать клапан для бойлера и байпаса

В заводской комплектации бойлеры и байпасы либо оснащены самым простейшим перепускным клапаном, либо не имеют устройства для перенаправления потока.

В первом случае можно не вмешиваться в конструкцию водонагревателя или обводного элемента и устанавливать их в имеющемся виде.

Во втором случае необходимо приобрести и установить перепускные клапаны. Байпас без этого устройства будет только пропускать поток рабочей среды при отключении теплового контура, но давление регулировать не сможет. А бойлер, не оснащенный перепускным клапаном, подвержен перегреву и может сломаться, так как вода в нем будет закипать и превращаться в пар, еще больше увеличивая давление на трубы и сам тепловой агрегат.

Выбор устройства зависит от отопительного или водонагревательного прибора: используемого им топлива, максимально допустимого давления, указанного в технической документации.

Обратите внимание! Важно также учитывать собственные возможности по управлению процессом регулировки давления – есть ли навыки по настройке рабочих параметров перепускного клапана.

Цена изделия в данном вопросе может играть роль только при выборе между однотипными устройствами разных производителей.

Рекомендуем ознакомиться: Какое отопление лучше и как его смонтировать в частном доме

Для разных видов нагревательных приборов требуются клапаны различной конструкции:

• Системы, работающие на электричестве, газе или дизельном топливе, нетребовательны – для регулировки давления в них достаточно простейшего перепускного клапана, не имеющего дополнительных элементов.
• Твердое топливо прекращает гореть не сразу, следовательно моментально отключить твердотопливный котел или плавно отрегулировать температуру нагревания невозможно. Поэтому в твердотопливных отопительных системах важно не только регулировать давление, но и охлаждать теплогенерирующий агрегат. На байпасы и бойлеры ставят перепускные клапаны, реагирующие как на повышение давления, так и на увеличение температуры теплоносителя. Такие устройства оснащены датчиком температуры, системой сброса и подпитки теплоносителя и соединяются с канализацией и системой холодного водоснабжения.
• Перепускной клапан с регулирующей рукоятью стоит устанавливать только если домовладелец уже умеет настраивать предельное давление. Пытаясь приобрести это умение на практике, можно сломать устройство, вызвать аварию или обжечься.
• Для тепловых контуров открытого типа перепускные клапаны не требуются – компенсационная емкость справляется с задачей регулировки давления и без них.
• Технические характеристики перепускного клапана должны соответствовать параметрам источника тепла: регулирующая арматура должна быть настроена на такое же предельное давление, как и теплогенерирующий прибор и иметь пропускную способность не ниже. Важно также соответствие размеров соединительных патрубков – при несоблюдении этого условия придется использовать для соединения фитинги, что сделает систему более уязвимой.

Технические характеристики

Каждый перепускной клапан характеризуется несколькими параметрами, которые тоже следует учитывать при выборе изделия:

Разновидности перепускных клапанов

При схожести принципа действия и рабочих характеристик устройства имеют дополнительные различия.

Способ присоединения

На магистралях малого диаметра (до 150 мм) входные и выходные патрубки обычно выполняются под резьбовое соединение. Варианты – внешняя или внутренняя резьба патрубка. На трубопроводах большого сечения используется подключение методом сварки или с применением фланцевых соединений.

Направление потока

Вентиль, устанавливаемый в основном потоке, обычно имеет угловую форму для подключения отводящего контура. Клапана, включаемые в байпасную магистраль, могут быть и прямоточными.

Активный элемент

Обычно перекрытие выходного отверстия осуществляется затвором или заслонкой. Но в некоторых конструкциях запорным элементом является диафрагма, соединенная со штоком. Применение диафрагменных вариантов рекомендуется в магистралях с рабочей средой, содержащей помимо жидкости или газа твердые частицы.

Механизм действия

Различие в способе воздействия на запорный элемент обусловило появление двух типов вентилей.

• Прямого действия. Простое механическое устройство, в котором теплоноситель непосредственно воздействует на активный элемент клапана. Недорогие и сравнительно простые в обслуживании.
• С элементами непрямого воздействия. Фактически состоит из двух вентилей. Клапан малого диаметра работает как датчик давления и при срабатывании управляет штоком главного затвора, который и открывает слив в обводной канал. Характеризуются более точной настройкой порога срабатывания.

Для чего служит перепускной клапан в трубопроводе

Во время работы отопительной или водонагревательной систем объем рабочей среды может меняться. Повышение или снижение давления теплоносителя негативно сказывается на работоспособности теплового контура: может привести к неравномерному прогреву, завоздушиванию узлов системы, поломкам. Сказывается изменение напора рабочей среды и на комфорте: неконтролируемо меняется температура в помещениях, а трубы начинают гудеть и вибрировать. Чтобы этого не происходило, важно поддерживать баланс давления в трубопроводе.

Постоянно следить за давлением, стравливать или добавлять теплоноситель вручную несложно, но эту рутинную работу лучше доверить автоматике.

Существует несколько видов регулирующей арматуры, которая справляется с этой задачей лучше, чем человек.

Перепускной, или переливной, клапан позволяет стабилизировать давление в трубопроводе путем перенаправления рабочей среды через дополнительную ветку трубопровода, называемую байпасом.

Регуляция происходит не единоразовым или периодическим стравливанием излишка теплоносителя, а порционно, благодаря чему поддерживается напор жидкости или газа постоянно на одном уровне.

Обратите внимание! Перепускная арматура управляет давлением автоматически, не требует участия человека и, в отличие от ручной регулировки, не завоздушивает систему.

Устройством можно и нужно оснащать трубопроводы любой сложности, но больше всего в регулировке напора нуждаются:

• многоконтурные отопительные системы – в случае отключения одного из контуров уменьшается потребление теплоносителя и увеличивается давление, что может вызвать порывы трубопровода, перегрузить насос и теплогенерирующий прибор – чтобы этого избежать, нужно снизить давление и поддерживать его на нужном уровне;
• отопительные системы, оснащенные терморегуляторами, и системы горячего водоснабжения – при настройке температуры изменяется объем потребляемого теплоносителя, и нужно быстро восстановить баланс давления в контуре;
• системы водоснабжения, оснащенные водонагревателями накопительного типа – в бойлере и трубопроводе вода находится под высоким давлением, а так как от постоянной регулировки и частых включений-выключений воды рывками меняется объем подаваемой жидкости, то давление рабочей среды особенно важно регулировать, чтобы не произошло аварии и не сломался водонагреватель.

Рекомендуем ознакомиться: Клапан предохранительный для сброса избыточного давления в трубопроводной системе

Критерии выбора устройства

Перепускные вентили необходимы в следующих типах трубопроводных магистралей:

• Бойлерные накопительные системы. Вода в них находится под давлением, а периодические включения/выключения приводят к резким перепадам объема и напора протекающей жидкости.
• Системы горячего водоснабжения постоянного действия, снабженные терморегулирующими устройствами. При изменении температуры меняется и объем среды в магистрали. Требуется постоянная регулировка и сглаживание перепадов давления.
• Многоконтурные системы отопления. При отключении любого из контуров возрастает давление в остальных частях. Перепускные устройства минимизируют изменение нагрузки на насосы системы.
• Твердотопливные отопительные устройства не способны резко снизить температуру носителя после отключения. Перевод потока в обход магистрали позволяет уменьшить время охлаждения.

При выборе подходящего предохранительного устройства перепускного типа нужно учитывать следующие параметры:

• Диаметр и способ подключения, позволяющие включить его в регулируемую магистраль.
• Пропускная способность должна соответствовать расчетному отводу носителя в случае максимальной нагрузки.
• Рабочая температура устройства и материал его изготовления.
• Необходимость регулировки точки срабатывания клапана. Ее диапазон должен лежать в пределах планируемых изменений давления.

Значение имеет и ориентировка на продукцию известного производителя.

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

Особенности монтажа

Конкретное место установки перепускного устройства зависит от схемы и типа трубопровода. Клапан может встраиваться в дополнительный отводной контур. Для отопительных систем замкнутого цикла сброс излишнего давления проводится в трубопровод обратного направления. Допускается также его применение в качестве предохранительного вентиля, с настройкой на аварийное давление и со выводом жидкости в канализацию.

В схеме одноконтурной отопительной магистрали перепускной клапан устанавливается в байпасный отвод после нагнетательного насоса.

Для большей сохранности и безопасности всего отопительного контура желательно помимо перепускного устройства установить и дополнительные:

• обратный клапан для предотвращения обратного направления потока,
• воздухоотводной вентиль для стравливания воздушных пробок,
• сливной кран для полного сброса носителя из системы,
• для систем малого диаметра коттеджного типа – сетчатые фильтры.

В многоконтурных системах перепускные клапана устанавливаются в каждом контуре.

Советы по настройке и обслуживанию

Ставить вентиль с регулировкой диапазона избыточного давления стоит тем, кто уже имеет опыт в расчете требуемого значения. Открытие сливного отверстия начинается при давлении, выбранном настройкой. Но полностью оно открывается обычно при давлении, превышающем начальное значение на 20%. Но расчет не может базироваться только на этом показателе, потому что такое понижение рабочего напора в системе носит нелинейный характер. Сброс части носителя уже приводит к уменьшению нагрузки на затвор клапана. Поэтому для точного расчета пропускной способности устройства ориентируются на диаграммы, приводимые в техпаспорте.

Следует учитывать, что погрешность настройки большинства регуляторов составляет 10%. Для первоначальной регулировки и последующего контроля рекомендуется устанавливать манометры до и после точки перепуска.

Сама настройка проводится либо сдвигом бегунка вдоль шкалы, либо вращением регулировочного винта. После установки и проверки требуемого значения, винт закрепляется зажимной гайкой.

Текущий уход за перепускным клапаном заключается в ежемесячном контроле начального давления срабатывания и скорости его открывания. Следить нужно и за состоянием фильтров.

При неправильной работе клапана следует его демонтировать, разобрать и промыть все детали. Возможно, неисправность вызвана простым засорением механизма.