Клапан КМР с многокаскадным дросселированием

Рис. 5.27. Поворотная заслонка

Основной характеристикой дроссельного регулирующего органа как элемента АСР является его статическая характеристика — зависимость расхода вещества через регулирующий орган от степени его открытия.

Для регулирующего органа предпочтительна линейная статическая характеристика, так как только в этом случае не искажается закон регулирования, формируемый регулятором в АСР. Однако, как указывалось выше, расход через дроссельный регулирующий орган зависит еще и от перепада давлений, который в технологическом процессе может изменяться с изменением расхода. Поэтому статическая характеристика регулирующего органа, линейная при постоянном перепаде давлений, может оказаться нелинейной в реальных условиях.

Чтобы избежать этого, применяют клапаны не только с линейными, но и с нелинейными характеристиками при постоянном перепаде давлений. Таким образом удается скомпенсировать нелинейность статической характеристики регулирующего органа, обусловленную переменным перепадом давлений.

Для дроссельных регулирующих органов необходимая статическая характеристика наиболее просто может быть получена у регулирующего клапана. В настоящее время промышленность выпускает регулирующие клапаны с линейной, логарифмической и параболической характеристиками, причем клапаны с различными характеристиками отличаются лишь формой плунжера.

Кроме статической характеристики регулирующий клапан характеризует его пропускная способность — расход воды через полностью открытый регулирующий орган при перепаде давлений на нем 1 • 10⁵ Па. Этот расход (в м³/ч) указывается в паспортных данных регулирующего органа вместе с другими его показателями: условным давлением, допустимой температурой и т. п.

Регулирующий орган выбирают по пропускной способности, виду требуемой статической характеристики, а также исходя из условий его эксплуатации: свойств протекающей среды, температуры и давления в трубопроводе.

Для трубопроводов небольшого диаметра (до 25 мм) применяют односедельные регулирующие клапаны, большого диаметра — двухседельные. В тех случаях, когда условия эксплуатации не позволяют применять регулирующие клапаны, используют диафрагмовые клапаны сильноагрессивных жидкостей. Диафрагмы в таких клапанах изготавливают из кислотостойкой резины, фторопласта и других материалов, стойких по отношению к протекающей среде, а внутреннюю поверхность корпуса покрывают фторопластом или эмалью.

 Диафрагмовый регулирующий орган

Регулирующие органы

Регулирующий орган - это элемент, который непосредственно воздействует на расход потока, изменяя пропускную способность за счет изменения проходного сечения. Регулирующими органами могут являться регулирующие клапаны различных видов (трехходовые, антишумовые и антикавитационные, клапаны с высокой скоростью позиционирования, угловые, клапаны для высоких перепадов давления газа и охлажденных сред, клапаны высокого давления, футерованные, коаксиальные, клеточные, сегментные, шланговые, предохранительные, шаровые краны, электромагнитные, регулирующе- отсечные), а также регулирующие заслонки (задвижки, поворотные затворы).

Регулирующие клапаны

Различают клапаны прямого и обратного действия (т.е. нормально открытые и нормально закрытые). У клапана прямого действия (нормально открытого) затвор при движении вниз уменьшает проходное сечение, а у клапана обратного действия — увеличивает. Регулирующие клапаны различаются по размерам, конструкции и материалам, применяемым для их изготовления. На рис. 3.26 приведена схема простейшего клапана.

Рис. 3.26.

Регулирующий орган

Поток протекающего вещества проходит через отверстие 3 в перегородке 2. Над отверстием расположен затвор 4, прикрепленный к штоку 5, выведенному из корпуса клапана наружу через сальниковое уплотнение 6. Изменение положения затвора относительно седла осуществляется с помощью штока 5 при ручном регулировании — вручную, при автоматическом — от привода.

При выборе запорно-регулирующей арматуры следует учитывать ряд факторов, наиболее существенные из которых следующие:

· • измеряемая среда (газ, пар, жидкость);

· • температура измеряемой среды;

· • диаметр условного прохода клапана;

· • пропускная способность K_v (объемный расход в м³/ч жидкости плотностью 1000 кг/м³, проходящей через клапан при перепаде давления в 0,1 МПа);

· • давление среды, оказываемое на запорно-регулирующую арматуру;

· • тип привода запорно-регулирующего клапана.

Вначале определяется диаметр условного прохода трубопровода, рассчитанный исходя из известной величины расхода среды, выбранной допустимой средней скорости потока (табл. 3.1) по формулам (3.12) или (3.13) и (3.14). На основании полученных данных и типа регулируемой среды (пар, жидкость) и ее температурных параметров производится выбор запорной арматуры. Также надо учитывать, что каждый из клапанов приводится в действие посредством подачи регулятором управляющего сигнала (чаще всего — электрического или пневматического) [37]. Согласно правилам проектирования на трубопроводах, где предусматривается установка регулирующих органов, указывают диаметры условных проходов [12]. Для того чтобы потери давления в трубопроводе были незначительны, рекомендуется не допускать в нем скорость потока выше указанной в табл. 3.1. По величинам допустимой средней скорости потока в трубопроводе и максимального расхода, найденного из расчетов материального баланса, определяют размер трубопровода (площадь его сечения или диаметр) [12]:

где Q_0max — максимальный объемный расход, м³/ч; (?_мтах — максимальный массовый расход, кг/ч; р — плотность протекающей среды в рабочих условиях, кг/м³.

Таблица 3.1

Средние скорости движения сред в трубопроводах

Протекающая среда	Скорость движения w, м/с
1	2
Вода в трубопроводах под давлением насосов (техническая, химически очищенная и др.)	1-3
Вязкие жидкости (масло, мазут и др.)	8-12
Газы низкого давления (до 0,6 МПа)	6-10

Окончание табл. 3.1

1	2
Газы среднего и высокого давления	12-24
Сжатый воздух	8-16
Насыщенный пар (до 1,2 МПа)	16-24
Насыщенный пар высокого давления	24-40
Перегретый пар	40-60

Диаметр трубопровода определяется по формуле

Полученный диаметр трубопровода округляют до ближайшего стандартного диаметра условного прохода D_y[ 12]. В соответствии с ГОСТ 355—67 приняты следующие диаметры условных проходов (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Условные диаметры проходов трубопроводов и арматуры (по ГОСТ 355-67)

Группа диаметров	Dy, мм	Назначение
Основные	o 3; 6; 10; 15; 20; 25; 32; 40; o 50; 65; 80; 100; 125; 150; o 200; 250; 300; 350; 400; 500; 600;800;1000;1200;1400; 1600;2000; 2400;3000;3400; 4000	Для широкого применения
Вспомогательные	o 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 8; 175; o 225; 450; 700; 900; 1800; 2200;2600;2800;3200;3600; 3800	Для трубопроводов и арматуры общепромышленного назначения не применять

Одно- и двухседельные регулирующие клапаны

В односедельных и двухседельных регулирующих клапанах изменение гидравлического сопротивления достигается с помощью поступательного перемещения затвора (плунжера) вдоль проходов одного или двух седел. По сравнению с двухседельными односедельные клапаны обладают тем преимуществом, что в закрытом положении обеспечивают герметичное перекрытие потока (рис. 3.27, 3.28).

Односедельные клапаны — самого широкого спектра применения. Предусмотрены специальные одноступенчатые - серия 21700 и двухступенчатые — серии 21800 и 21900, 21014-2S ан- тишумовые и антикавитационные исполнения клапана для критических условий эксплуатации. Односедельные клапаны серии 21000 (см. рис. 3.27), благодаря простоте и надежности конструкции, могут применяться в большом диапазоне давлений и температур.

Мощная верхняя направляющая плунжера обеспечивает его стабильность в потоке даже при жестких параметрах эксплуатации. Основные технические характеристики даны в табл. 3.3.

Двухседельные клапаны применяют в тех случаях, когда необходима разгрузка усилия на затворе от перепада давления на клапане (см. рис. 3.28).

Рис. 3.27.

Односедельный

клапан

Таблица 3.3

Технические характеристики

Условный диаметр	ZW20—200 мм
Условное давление	PN 10-420 кгс/см2
Пропускная способность	К„ 1,7-640
Температура среды	от минус 100 до 560°С
Диапазон регулирования	50: 1
Характеристика	Равнопроцентная или линейная
Присоединение к трубопроводу	Фланцевое или под приварку
Исполнительный механизм	Пневматический, пружинномембранный
Управляющий сигнал	0,2—1 кгс/см2 или 4—20 мА

Производитель — ЗАО «ДС Контролз», г. Великий Новгород.

При этом усилие, создаваемое потоком от перепада давления на клапан, действует в противоположных направлениях на оба затвора, компенсируя суммарную нагрузку на перемещение штока. Переход со схемы НО на схему НЗ производится перестановкой плунжера с прямого на обратное положение.

Рис. 3.28

Трехходовые клапаны

Рис. 3.29.

Трехходовой

клапан

Применение трехходовых клапанов целесообразно во всех случаях при необходимости работать с двумя потоками как при разделении, так и при смешивании. Применение трехходового клапана в любом случае выгоднее, чем использование двух обычных клапанов как с точки зрения надежности системы, так и с точки зрения затрат. При применении переключающего трехходового клапана есть гарантия, определяющаяся механической конструкцией клапана, что не произойдет перекрытие потока, т.е. при переключении потока с одного выхода на другой механически не может произойти открытие одного входа без закрытия другого, а при использовании двух клапанов несрабатывание одного из клапанов вполне вероятно, что вполне может вызвать различные аварийные ситуации при непрерывном цикле производства. При смешивании продуктов, так же как и при разделении, применение трехходового смесительного клапана также надежнее и не вызывает резкого изменения расхода за счет несрабатывания одного из клапанов в случае работы с двумя регулирующими клапанами (рис. 3.29).

Конструкция переключающего клапана основана на использовании единого плунжера, перекрывающего один из входов/выходов клапана в крайних положениях хода плунжера.

Конструкция смесительного клапана основана на смешивании потоков среды, поступающих с различных входов (рис. 3.30). В этом случае возможно изготовление двух конструкций клапанов. Первая смешивает поток в определенной пропорции независимо от положения плунжера, а изменение положения плунжера меняет расход смеси. Среда выходит из левого выхода клапана в пропорции, в соответствии с Kvy плунжера для правого и нижнего входов. При открытии или закрытии клапана изменяется расход смешиваемой среды, а пропорции смешивания остаются пропорциональными — соответствующими условным пропускным способностям входов клапана [25J.

Во втором случае изменение положения плунжера изменяет соотношение смеси (рис. 3.31). При открытии одного входа пропорционально закрывается другой, что обеспечивает регулирование пропорций смешивания. В этом случае изменения пропускной способности рассчитывается исходя из требуемого диапазона регулирования смеси. В случае выполнения разделительной функции среда направляется в левый вход и делится на два потока, выходящих из

Рис. 3.30. Схема регулирующего органа смесительного клапана со смешиванием потока в заранее определенной пропорции

Рис. 3.31. Схема регулирующего органа переключающего клапана второго типа (регулирование пропорции смешивания)

правого и нижнего выходов патрубка. Соотношение расходов разделенных потоков пропорционально соотношению K_vy выходов [25].

Клапаны малогабаритные регулирующие КМР

Клапаны имеют кованое исполнение корпуса и модульную конструкцию регулирующего узла и изготавливаются с плунжерным профилированием как разгруженного, так и неразгруженного типа (рис. 3.32). Конструктивно клапаны КМР значительно превосходят по своим эксплуатационным качествам клеточные конструкции и односедельные клапаны — прежде всего из-за отсутствия перекоса и заклинивания при работе клапана. Неразгруженная конструкция клапана имеет значительные преимущества по сравнению с односедельной конструкцией: удобство установки седла в корпус клапана; отсутствие резьбового соединения; наличие высокой соосности сальника, седла и направляющей плунжера, что обеспечивает надежность работы клапана, высокую герметичность и длительность работы сальника [25].

Разгруженная конструкция клапана стабильно работает при высоких перепадах давления и не требует значительных усилий на штоке клапана (рис. 3.33).

В отличие от ряда клапанов клеточных и пилотных конструкций разгруженный вариант клапана КМР обеспечивает закрытие трубо-

Рис. 3.32. Схема регулирующего органа клапана КМР с неразгруженным затвором

Рис. 3.33. Регулирующий орган клапана КМР с разгруженным затвором

провода как в прямом, так и в обратном направлении среды. Управление регулирующих клапанов осуществляется с помощью позиционера или электропневмопреобразователя с входным сигналом 4—20 мА.

Антишумовые и антикавитационные клапаны

Антишумовые клапаны применяются на сжимаемых (газообразных) средах при высоком относительном перепаде давления (рис. 3.34) [25].

Антикавитационные клапаны применяются на жидких средах при высоком абсолютном перепаде давления (рис. 3.35). Дроссельные пары изготовляются из коррозионностойких сплавов с высокой твердостью, включая различные варианты твердосплавных материалов [25].

Рис. 3.34. Схема антишумового клапана

Рис. 3.35. Схема антикавитационного клапана

Клапаны с высокой скоростью позиционирования

Клапаны с высокой скоростью позиционирования применяются при необходимости обеспечения регулирования с максимальной скоростью перехода. В этом случае изготовляются клапаны, обеспечивающие полный ход клапана за время не более 3 с. При таком позиционировании отсутствуют автоколебания с точностью 1 % от хода штока [25]. Такое «быстрое» регулирование достигается благодаря использованию вспомогательного устройства для увеличения силы и скорости действия работы позиционера — бустера. Применение бустера позволяет восполнить недостаточный уровень расхода управляющего сигнала. Усилитель пневматического сигнала позволяет существенно увеличить расход управляющего воздуха, обеспечив при этом уровень давления, идентичный управляющему давлению [25]. Данный тип клапана может использоваться как антипомпажный. Явление помпажа негативно сказывается на работе насоса (компрессора), что приводит к появлению сильной пульсации потока, проходящего через него. При помпаже все конструкции испытывают большие динамические нагрузки, которые могут привести к разрушению. Поэтому в целях защиты насосов (компрессора) применяют специальные антипомпажные клапаны, способные стабилизировать давление для нормальной работы компрессора, т.е. создавать требуемый напор [25].

Угловые клапаны

Клеточно-плунжерные угловые клапаны КМР,

Рис. 3.36.

Угловой клапан

КМО, КМРО применяются для установок, где рационально применение угловых конструкций с точки зрения расположения трубопроводов, а также на установках, где возможно возникновение вибраций (высокий перепад давления, резкие изменения расхода и т.п.), так как угловая конструкция клапана снижает вероятность «раскачки» трубопровода и всей линии и обеспечивает более удачную организацию проточной части клапана (рис. 3.36) [25]. Клапаны могут изготовляться с различными диаметрами входа и выхода, а также изготовляются различные специальные конструкции, в том числе высокотемпературные, сильфонные, криогенные, на коксующиеся среды, специальные клапаны [25].

Клапаны для высоких перепадов давления газа и охлажденных сред

Рис. 3.37

Рис. 3.38.

Разрез клапана КВД

Работа и конструкция таких клапанов существенно отличаются от стандартного типа клапанов — прежде всего из-за необходимости сбалансированной разгрузки, используемых материалов, повышенных гидро- и аэродинамических нагрузок при дросселировании и т.п. Клапаны высокого давления (КВД) используются для управления потоками (регулирование расхода, поддержание давления в линии, перекрытие трубопровода) жидких и газообразных сред, в том числе пара (рис. 3.38). Клапаны применяются как для нейтральных, так и для химически активных и загрязненных сред [25].

По назначению клапаны КВД подразделяются на регулирующие (КВДР), отсечные (КВДО) и регулирующие с функцией отсечки (КВДРО). Клапаны серии КВД сконструированы по модульному принципу с возможностью размещения в одном корпусе различных конструктивных решений дроссельного узла, что позволяет как менять характеристики клапана в процессе эксплуатации, так и существенно упростить восстановительный ремонт клапана [25]. Основными конструкциями дроссельных узлов клапана КВД являются клеточно-плунжерная и многокаскадная конструкции разгруженного или неразгруженного типа. Выбор конструкции зависит от перепада давления среды на клапане, наличия в среде абразива, опасности образования гидродинамических и газодинамических струй, опасности эрозийного, кавитационного и динамического износа дросселирующего узла и корпуса клапана (рис. 3.39).

Рис. 3.39.

Рис. 3.40.

Рис. 3.41. Клапан угловой футерованный (УИФ)

Рис. 3.42. Конструкция клапана УИФ

Функционально клапаны изготовляются регулирующими, в том числе регулирующе-отсечными (запорно-регулирующими) с высокой герметичностью и отсечными (запорными), имеющими специальное профилирование и обеспечивающими класс герметичности до А по ГОСТ 9544—93 [25]. Клапаны УИФ применяются на любых средах с высокой химической активностью при незначительных количествах абразивных включений. Для регулирующих и регул ирую- ще-отсечных клапанов направление среды предпочтительнее снизу;

для отсечных клапанов среда направляется в плунжер. Клапаны изготовляются с линейной равнопроцентной пропускной характеристикой, обеспечивающей широкий диапазон регулирования при различных технологических условиях. Допустимый перепад для регулирующих клапанов 10 атм. Отсечные клапаны могут работать на перепадах до 25 атм. Клапаны могут устанавливаться на трубопроводах в любом положении, но предпочтительнее положение «МИМом вверх» [25]. В стандартном варианте клапан изготовляется с пневмоприводом мембранного типа (МИМ). Управление регулирующих клапанов осуществляется с помощью позиционера или электро- пневматического преобразователя с входным сигналом 4—20 мА (0—5 мА, 0—20 мА). Для питания привода клапана необходимо минимальное давление 2,5 атм. Управление клапаном также может осуществляться пневмосигналом 0,2—1 атм через пневмопозиционер [25]. Управление отсечными клапанами осуществляется через электромагнитный клапан. В регулирующе-отсечном исполнении клапана используется схема управления, включающая позиционер и электромагнитный клапан [25].

Коаксиальный клапан

В коаксиальном клапане (рис. 3.43) запорный и управляющий элементы находятся непосредственно внутри потока протекающей жидкости и расположены по его оси.

К основным преимуществам коаксиальных клапанов относятся:

• высокая пропускная способность и низкое сопротивление потоку

среды;

· • длительный срок эксплуатации;

· • применение с вязкими и абразивными газами и жидкостями;

Рис. 3.43. Коаксиальный клапан

· • применение в условиях глубокого вакуума;

· • применение в условиях высокого давления (до 40 бар). Коаксиальные клапаны применяются в химической, тяжелой,

автомобильной промышленности и т.д. [26J.

Клеточный клапан

Рис. 3.44.

Клеточный

клапан

Рис. 3.45.

Рис. 3.46.

Клапан

сегментный

Клапан сегментный запорно-регулирующий

Клапан сегментный (рис. 3.46) предназначен для регулирования потоков химически активных вязких жидкостей, суспензий (пульп) и газов. Применяется в системах автоматического или дистанционного управления в металлургической, химической, строительной и других областях. Регулирование потоков жидкотекущих сред основано на изменении местного гидравлического сопротивления протекающей среде за счет изменения проходного сечения устройства. Технические характеристики клапана приведены в табл. 3.5.

Основные технические характеристики сегментного клапана серии 35002 «Камфлекс»

Таблица 3.5

Условный диаметр	DN 25—300 мм
Условное давление	PN 16—100 кгс/см2
Пропускная способность	Kv 5,6-1750 м3/ч
Температура среды	От минус 200 до 400°С
Диапазон регулирования	100:1
Характеристика	Равнопроцентная или линейная
Материал корпуса	Углеродистая или нержавеющая сталь
Присоединение к трубопроводу	Бесфланцевое стяжное или фланцевое
Исполнительный механизм	Пневматический, пружинно-мембранный
Управляющий сигнал	0,2—1 кгс/см2 или 4—20 мА

Производитель — ЗАО «ДС Контролз», г. Великий Новгород.

Клапан шланговый специальный (КШС)

Рис. 3.47.

Клапан КСШ с позиционером Sipart PS2 и фильтром- редуктором

Применение шлангового клапана целесообразно в тех случаях, когда использование стандартной конструкции затруднено (рис. 3.47, 3.48). Обычно это среды, содержащие большое количество абразива, сточные воды, пульпы. Это могут быть сыпучие материалы от крошки или гранул до мелкой пыли, транспортировка и работа с которой осуществляется с помощью пневматической или гидравлической системы [25]. Также клапан можно использовать на системах разгрузки-погрузки сыпучих материалов в бункер, транспорт и т.д.

Клапаны КШС хорошо зарекомендовали себя при работе с вязкими средами, смолами, вязкими растворами, т.е. в тех средах, движение которых по трубопроводу затруднено, особенно если имеется склонность к налипанию на стенки трубопровода.

В клапане отсутствуют застойные зоны, что позволяет существенно снизить вероятность налипания среды, особенно с учетом того, что патрубок является упругим элементом. Патрубки изготовляются из различных материалов, в том числе из химически- и абразивостойких. Клапаны также хорошо работают на средах с содержанием «легких» комков: красители, лаки, различные пищевые продукты и т.д.

Рис. 3.48.

Эскиз

клапана КСШ

Клапаны КШС применяются на загрязненных и сыпучих средах, в том числе с высокой химической активностью. Принцип действия шлангового клапана основан на изменении гидравлического сопротивления регулирующего органа за счет пережатия упругого патрубка в зависимости от хода штока клапана. Управление перемещением штока осуществляется приводом. Шток совершает возвратно-поступательное движение в корпусе клапана под действием исполнительного механизма по команде управляющего сигнала [25]. Конструкция клапана обеспечивает герметичность корпуса при разрыве и повреждении упругого патрубка, шток клапана загерметизирован набором подпружиненных фторопластовых манжет. Корпус клапана также выполняется герметичным. При необходимости на клапане может устанавливаться сигнализация, информирующая о герметичности упругого патрубка [25].

Клапан предохранительный

Клапан предохранительный предназначен для выпуска из защищаемой системы, установки или емкости лишнего объема рабочей среды, создающего избыточное давление. Предохранительные клапаны можно разделить по методу выпуска и методу нагружения. По методу выпуска предохранительные клапаны бывают открытого типа, т.е. рабочая среда выпускается непосредственно в окружающую атмосферу, и закрытого типа, когда рабочая среда отводится в специальное место. Подавляющее большинство предохранительных клапанов выпускается с одним седлом, но изготовляются также и с двумя седлами, работающими параллельно.

Шаровые краны

Шаровые краны относятся к типу запорной арматуры и предназначены для открытия и закрытия потока рабочей среды в трубопроводе. Они имеют подвижный запорный орган, выполненный в форме шара с проходным отверстием для потока среды, который при перекрытии потока совершает вращательное движение вокруг своей оси, расположенной перпендикулярно направлению потока.

Одним из производителей шаровых кранов является фирма ХАБО- НИМ [27], чьи краны широко применяются и надежно работают при самых неблагоприятных условиях окружающей среды, обеспечивают надежное управление и требуемую характеристику управления рабочим потоком, позволяют предотвращать гидравлический удар, обеспечивают высокую виброустойчивость, имеют хорошее уплотнение и хорошие эксплуатационные характеристики [27]. Шаровые краны V-проекта являются хорошей альтернативой различного рода управляющей запорной арматуре, которая не всегда может гарантировать надежную герметичность затвора крана. V-образные шаровые краны предназначены для использования в различных системах, где требуется точная регулировка потока рабочей среды. Специальная конструкция рабочих органов крана, V-седла и V-шара улучшает характеристики потока и уменьшает его турбулентность. V-отверстие обеспечивает равнопроцентную характеристику управления. Щель улучшает линейную характеристику управления. Вышеописанные шаровые краны оптимальны для регулирования потоков различных жидкостей и взвесей, содержащих твердые частицы, а также газа.

Установка V-шара и V-седла и дальнейшее регулирование рабочего потока осуществляются на выходной стороне крана. Шаровые краны типа V имеют различные варианты исполнения V-шара и V-седла, что позволяет учитывать требования контроля рабочего потока (рис. 3.49, 3.50) [27].

Рис. 3.49. Разновидности отверстий у шаровых кранов

Рис. 3.50. Изменение давления при прохождении вещества через сечение клапана

Рис. 5.27. Поворотная заслонка

Основной характеристикой дроссельного регулирующего органа как элемента АСР является его статическая характеристика — зависимость расхода вещества через регулирующий орган от степени его открытия.

Для регулирующего органа предпочтительна линейная статическая характеристика, так как только в этом случае не искажается закон регулирования, формируемый регулятором в АСР. Однако, как указывалось выше, расход через дроссельный регулирующий орган зависит еще и от перепада давлений, который в технологическом процессе может изменяться с изменением расхода. Поэтому статическая характеристика регулирующего органа, линейная при постоянном перепаде давлений, может оказаться нелинейной в реальных условиях.

Чтобы избежать этого, применяют клапаны не только с линейными, но и с нелинейными характеристиками при постоянном перепаде давлений. Таким образом удается скомпенсировать нелинейность статической характеристики регулирующего органа, обусловленную переменным перепадом давлений.

Для дроссельных регулирующих органов необходимая статическая характеристика наиболее просто может быть получена у регулирующего клапана. В настоящее время промышленность выпускает регулирующие клапаны с линейной, логарифмической и параболической характеристиками, причем клапаны с различными характеристиками отличаются лишь формой плунжера.

Кроме статической характеристики регулирующий клапан характеризует его пропускная способность — расход воды через полностью открытый регулирующий орган при перепаде давлений на нем 1 • 10⁵ Па. Этот расход (в м³/ч) указывается в паспортных данных регулирующего органа вместе с другими его показателями: условным давлением, допустимой температурой и т. п.

Регулирующий орган выбирают по пропускной способности, виду требуемой статической характеристики, а также исходя из условий его эксплуатации: свойств протекающей среды, температуры и давления в трубопроводе.

Для трубопроводов небольшого диаметра (до 25 мм) применяют односедельные регулирующие клапаны, большого диаметра — двухседельные. В тех случаях, когда условия эксплуатации не позволяют применять регулирующие клапаны, используют диафрагмовые клапаны сильноагрессивных жидкостей. Диафрагмы в таких клапанах изготавливают из кислотостойкой резины, фторопласта и других материалов, стойких по отношению к протекающей среде, а внутреннюю поверхность корпуса покрывают фторопластом или эмалью.

 Диафрагмовый регулирующий орган

Регулирующие органы

Регулирующий орган - это элемент, который непосредственно воздействует на расход потока, изменяя пропускную способность за счет изменения проходного сечения. Регулирующими органами могут являться регулирующие клапаны различных видов (трехходовые, антишумовые и антикавитационные, клапаны с высокой скоростью позиционирования, угловые, клапаны для высоких перепадов давления газа и охлажденных сред, клапаны высокого давления, футерованные, коаксиальные, клеточные, сегментные, шланговые, предохранительные, шаровые краны, электромагнитные, регулирующе- отсечные), а также регулирующие заслонки (задвижки, поворотные затворы).

Регулирующие клапаны

Различают клапаны прямого и обратного действия (т.е. нормально открытые и нормально закрытые). У клапана прямого действия (нормально открытого) затвор при движении вниз уменьшает проходное сечение, а у клапана обратного действия — увеличивает. Регулирующие клапаны различаются по размерам, конструкции и материалам, применяемым для их изготовления. На рис. 3.26 приведена схема простейшего клапана.

Рис. 3.26.

Регулирующий орган

Поток протекающего вещества проходит через отверстие 3 в перегородке 2. Над отверстием расположен затвор 4, прикрепленный к штоку 5, выведенному из корпуса клапана наружу через сальниковое уплотнение 6. Изменение положения затвора относительно седла осуществляется с помощью штока 5 при ручном регулировании — вручную, при автоматическом — от привода.

При выборе запорно-регулирующей арматуры следует учитывать ряд факторов, наиболее существенные из которых следующие:

· • измеряемая среда (газ, пар, жидкость);

· • температура измеряемой среды;

· • диаметр условного прохода клапана;

· • пропускная способность K_v (объемный расход в м³/ч жидкости плотностью 1000 кг/м³, проходящей через клапан при перепаде давления в 0,1 МПа);

· • давление среды, оказываемое на запорно-регулирующую арматуру;

· • тип привода запорно-регулирующего клапана.

Вначале определяется диаметр условного прохода трубопровода, рассчитанный исходя из известной величины расхода среды, выбранной допустимой средней скорости потока (табл. 3.1) по формулам (3.12) или (3.13) и (3.14). На основании полученных данных и типа регулируемой среды (пар, жидкость) и ее температурных параметров производится выбор запорной арматуры. Также надо учитывать, что каждый из клапанов приводится в действие посредством подачи регулятором управляющего сигнала (чаще всего — электрического или пневматического) [37]. Согласно правилам проектирования на трубопроводах, где предусматривается установка регулирующих органов, указывают диаметры условных проходов [12]. Для того чтобы потери давления в трубопроводе были незначительны, рекомендуется не допускать в нем скорость потока выше указанной в табл. 3.1. По величинам допустимой средней скорости потока в трубопроводе и максимального расхода, найденного из расчетов материального баланса, определяют размер трубопровода (площадь его сечения или диаметр) [12]:

где Q_0max — максимальный объемный расход, м³/ч; (?_мтах — максимальный массовый расход, кг/ч; р — плотность протекающей среды в рабочих условиях, кг/м³.

Таблица 3.1

Средние скорости движения сред в трубопроводах

Протекающая среда	Скорость движения w, м/с
1	2
Вода в трубопроводах под давлением насосов (техническая, химически очищенная и др.)	1-3
Вязкие жидкости (масло, мазут и др.)	8-12
Газы низкого давления (до 0,6 МПа)	6-10

Окончание табл. 3.1

1	2
Газы среднего и высокого давления	12-24
Сжатый воздух	8-16
Насыщенный пар (до 1,2 МПа)	16-24
Насыщенный пар высокого давления	24-40
Перегретый пар	40-60

Диаметр трубопровода определяется по формуле

Полученный диаметр трубопровода округляют до ближайшего стандартного диаметра условного прохода D_y[ 12]. В соответствии с ГОСТ 355—67 приняты следующие диаметры условных проходов (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Условные диаметры проходов трубопроводов и арматуры (по ГОСТ 355-67)

Группа диаметров	Dy, мм	Назначение
Основные	o 3; 6; 10; 15; 20; 25; 32; 40; o 50; 65; 80; 100; 125; 150; o 200; 250; 300; 350; 400; 500; 600;800;1000;1200;1400; 1600;2000; 2400;3000;3400; 4000	Для широкого применения
Вспомогательные	o 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 8; 175; o 225; 450; 700; 900; 1800; 2200;2600;2800;3200;3600; 3800	Для трубопроводов и арматуры общепромышленного назначения не применять

Одно- и двухседельные регулирующие клапаны

В односедельных и двухседельных регулирующих клапанах изменение гидравлического сопротивления достигается с помощью поступательного перемещения затвора (плунжера) вдоль проходов одного или двух седел. По сравнению с двухседельными односедельные клапа<