Редукционный клапан давления: принцип работы, устройство, назначение

 Газ или жидкость в магистральном трубопроводе часто находится под более высоким давлением, чем это нужно для того или иного потребителя. Для того, чтобы снизить его до требуемой величины, применяют редукционный клапан. Такие устройства используют также стабилизации напора в гидравлических системах различных приводов на транспорте и в технологических установках.

Назначение

Устройства предназначены для понижения высокого напора жидкости или газа, подаваемого из магистрали, до значений, необходимых для работы устройства-потребителя. Еще одно назначение редукционного клапана — поддержание постоянного давления на входе таких устройств.

Основные области применения гидравлических редукционных клапанов следующие:

• Водопроводные распределительные сети.
• Насосные установки.
• Оросительные системы.
• Противопожарные комплексы.

Правильно подобранный редукционный клапан дает следующие преимущества:

• Защита от резких перепадов напора, гидравлических ударов.
• Оптимизация расхода ресурсов, снижение издержек.
• Снижение уровня вибрации, нежелательных акустических эффектов (так называемое «гудение труб»).

Специалисты рекомендуют устанавливать редукционный клапан в следующих случаях:

• При давлении в магистрали выше 5 атм. (бар)
• Защита от бросков.
• Сложные распределительные системы в многоэтажных зданиях.
• Потребность в секциях водопроводной сети с разным напором.

Чтобы стабилизировать давление в отопительных контурах, применяется подпиточный клапан.

Виды регулировочных клапанов

Устройства разделяют на две подгруппы. Они различаются конструкцией и принципом действия. Это:

• Редукторы прямого действия. Давление в магистрали непосредственно действует на чувствительные элементы, управляющие регулировкой. Работает за счет энергии напора в магистрали.
• Редукторы непрямого действия. Давление воспринимается чувствительным элементом и предается на механизм, сравнивающий значение с заданным и управляющий исполнительными органами. Этот механизм может использовать электронные компоненты и требовать дополнительного питания.

Редукторы разделяются также по виду рабочей среды:

• Воздух.
• Газ (углекислый, ацетилен, аргон, кислород и т.п.).
• Масло в системах смазки и гидравлики.
• Вода в сетях водоснабжения и канализации.
• Теплоноситель в системах отопления.

Рабочая среда влияет на выбор конструкции, материалов, диапазонов регулировки.

Гидравлические редукторы, в свою очередь, бывают поршневые и мембранные. Поршневые отличаются тем, что изменения входного давления не влияет на стабильность параметров на выходе. Однако устройства такого типа намного более чувствительны к загрязнениям и посторонним включениям в потоке рабочей среды и требую установки фильтров. В мембранных редукторах перепады на входе сказываются на постоянстве напора на выходе, они неприхотливы и допускают значительные загрязнения жидкости. Для срабатывания им не требуется существенный перепад входного давления.

Клапан редукционный пружинного типа применяется для управления напором при подаче газов, воды, пара, растворов теплоносителей.

Функции редукционного клапана

Для чего нужен водный или газовый редукционный клапан? Редуктора выполняют следующие основные функции:

• Понижение давления в отводе от главной магистрали.
• Стабилизация выходного давления на заданном уровне.
• Ограничение выходного давления до заданной величины.

Сложные современные устройства выполняют и другие функции, такие, как передача данных в централизованную систему управления, доочистка рабочей среды от механических загрязнений и других посторонних включений.

Как работает редукционный клапан

Рассмотрим принцип работы прямых и непрямых редукционных клапанов.

Для этого будет рассмотрены схемы простейших редукционных клапанов.

Редукционный клапан прямого действия

Основные элементы конструкции редуктора прямого действия следующие:

• Цилиндрический корпус имеет входной и выходной патрубок.
• По корпусу изнутри двигается золотник переменного сечения. Он может перекрывать входной и выходные патрубки.
• Сверху золотник поджат пружиной.
• Сила прижима задается регулировочным винтом.

Давление на входе (Р_н) не вызывает перемещения золотника. Когда давление на выходе (Р_ред) падает ниже заданной величины, пружина отжимает сердечник вниз, открывая выходной патрубок и соединяя его с центральной камерой. Р_н начинает действовать и на нижний срез золотника, отжимая его вверх, сжимая пружину и перекрывая выходной патрубок. По мере расхода жидкости потребителем в выходном патрубке Р_ред снижается, и пружина снова отжимает поршень вниз. Рабочий цикл повторяется.

Р_н воздействует на обе поверхности камеры золотника с равной силой и не вызывает его продольного перемещения. Р_ред и сила пружины действуют на поршень в противоположных направлениях. Сила воздействия пружины задается регулировочным винтом. Чем сильнее он завернут, тем больше эта сила и тем большее давление воды требуется, чтобы ее уравновесить.

При росте Р_ред поршень будет двигаться вверх, постепенно перекрывая просвет входного патрубка, при этом будет снижаться и подача рабочей среды, снижая, таким образом, Р_ред.

Как только Р_ред снизится до заданной величины, пружина начнет отжимать поршень вниз, увеличивая просвет и поступление рабочей среды. Р_н начнет увеличиваться.  Одновременно этот механизм выполняет и функции обратного клапана.

При большом расходе клапан прямого действия будет вызывать большие колебания расходы продукта.

В этом случае разумно применить редукционный клапан давления непрямого действия.

Редукционный клапан непрямого действия

Применение таких устройств дает возможность снизить зависимость колебаний давления от расхода.

Устройство редуктора непрямого действия заметно сложнее, чем прямого.

Входной поток проходит чрез просвет между конической частью поршня золотника и седлом, и далее- в отводной канал. Сила давления в этом канале действует на нижний срез поршня золотника, отжимая его вверх. Это давление уравновешивается силой сжатия главной пружины и давлением на верхнюю часть поршня, куда рабочая среда поступает через дросселирующую заслонку. Далее отводной канал подходит к подпружиненному шарику, перекрывающему выход в дренажный патрубок. Сила сжатия этой пружины изменяется с помощью регулировочного винта.

Позиция золотника определяется равнодействующей Р_ред и давления в верхней камере.

Если давление в отводном канале превышает заданный регулировочным винтом уровень, шарик отжимается вправо, открывая путь рабочей среде в дренаж. Возрастает расход, и благодаря потерям в дросселирующей заслонке давление в верхней камере начинает снижаться. После сброса в дренаж некоторого ее количества давление падает до заданного, и пружина отжимает шарик к седлу, перекрывая клапан.  Золотник перемещается в сторону меньшего давления, перекрывая входной патрубок, и Р_ред также снижается до установленной величины.

Отличие редуктора от предохранительного клапана

Конструктивно эти два вида запорных устройств имеют очень много общего. Они походи внешним видом корпусов, рабочее давление и там, и там задается регулировочными винтами, изменяющими степень сжатия пружин, подпирающих клапаны. Много общего и в их схемах с точки зрения гидравлики.

Различия заключаются в назначении, принципе действия и особенностях внутреннего устройства.

Предохранительный клапан выполняет единственную функцию — он не должен допустить повышение давления в системе выше заданной предельной величины.

Управляется он входным давлением (Р_н). Для него не имеет значения расход рабочей среды, проходящей через клапан. Это устройство эпизодического действия.

Редуктор же должен независимо от Р_н поддерживать постоянное давление на выходе. Он управляется выходным Р_ред. Постоянный расход имеет большое значение для функционирования этого типа устройств. Действуют они не эпизодически, ка предохранителя, а постоянно.

Различие в управляющих параметрах нашли свое отражение и на гидравлических схемах. У редуктора пунктир, символизирующий управление, подходит ко входу, а у предохранителя — к выходу.

Ремонт и неисправности масляного клапана

Конструкция редуктора достаточно простая, это обуславливает его высокую отказоустойчивость и долгий срок эксплуатации. Обычно это бывает связано с износом деталей устройства.

Специалисты выделяют следующие основные неисправности редукторов:

• Не создается необходимое давление на выходе. Чаще всего причиной неисправности служит пружина. По мере использования и естественного старения пружина теряет упругость. Из-за меньшей силы сжатия клапан никогда до конца не закрывается, и заданный напор не достигается. То же самое может произойти, если при ремонте или обслуживании поставить похожую по размерам пружину, обладающую меньшей упругостью. Неопытные или недобросовестные мастера часто допускают такую оплошность.
• На выходе получается слишком высокое давление. Это бывает вызвано наличием посторонних предметов внутри механизма, мешающих ему своевременно отсекать подачу. Это могут быть частицы стружки, других механических загрязнений или отложения отработавшего свой срок и загустевшего масла. Такие загрязнения могут привести к заклиниванию деталей клапана и к полному выходу механизма из строя.

Ремонт и обслуживание можно проводить только при полностью отключенных насосах, двигателях и сбрасывании давления в магистрали до нуля. Нарушение этого правила может привести к выбросу масла и деталей клапана, травмированию персонала и повреждению оборудования.

Ремонт заключается в демонтаже клапана и его полной разборке для дефектации.

Все детали, включая корпус, надо тщательно промыть в растворителе от остатков масла и других загрязнений и осмотреть. Поврежденные детали следует заменить. Если нет уверенности в упругости пружины, лучше заменить и ее, не дожидаясь сбоев в работе.

Такое обслуживание обычно приурочивают к плановому ремонту двигателя, связанному с частичной разборкой. Если на внутренних поверхностях корпуса или на поверхности золотника обнаружены царапины или задиры, лучше заменить весь клапан.

Как устанавливать и регулировать

В разветвленных сетях водоснабжения редукционная арматура ставится на входе в квартиру. Они позволяют компенсировать перепады напора, связанные с неравномерным расходом воды на разных этажах здания и стабилизировать напор для конечных потребителей.

При планировании и монтаже рекомендуется учитывать следующее:

• При отсутствии специальных предписаний изготовителя клапан монтируется в разрыве любой трубы, как вертикальной, так и горизонтальной.
• Если контрольные манометры не входят в конструкцию устройства, то их следует установить до редуктора и сразу после него. Это позволит визуально контролировать параметры на входе и исправность прибора.
• Если отрезок трубопровода, оснащенный редуктором, имеет строгие ограничения по максимальному давлению, то следом за редукционным предусматривают предохранительный клапан, сбрасывающий избыток давления в нестандартной ситуации.
• Если выбрана поршневая конструкция редуктора- перед ним обязательно должен стоять фильтр механической очистки. Он защитит высокоточные детали механизма от повреждения частичками ржавчины, песка и минеральных отложений.
• Если вода сильно загрязнена, например, в случае старой и изношенной водораспределительной сети, могут потребоваться дополнительные фильтры, снижающие минерализацию воды.
• При выборе типа присоединения на стороне низкого давления (до 5 атм) предпочтительным является резьбовой.

Фланцевые соединения более надежны, но в бытовой сети их преимущества проявляются слабо. Сварные соединения обладают максимальной надежностью, но низкой ремонтопригодностью. Для требующего периодического обслуживания и замены оборудования — это не лучший выбор.

Обслуживание и ремонт

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