Просмотр исходного текста страницы Предохранительный клапан

[[Файл:Relief valve01.jpg|200px|thumb|Предохранительный клапан в дежурстве.]]
'''Предохранительный клапан''' — [[трубопроводная арматура]], предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и [[трубопровод]]ов избыточным [[давление]]м путём [[Автоматизация|автоматического]] выпуска избытка [[Жидкость|жидкой]], [[пар]]о- и [[газ]]ообразной среды из систем и [[сосуд под давлением|сосудов]] с давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления. Предохранительный клапан является арматурой ''прямого действия'', работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций [[защитная арматура|защитной арматуры]] и [[Регулирующая арматура#Основные виды конструкций|регуляторами давления прямого действия]].

Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа [[Оборудование|оборудования]], передача [[Тепловая энергия|тепла]] от сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т. д.), так и в результате внутренних [[Тепловой процесс|физических процессов]], обусловленных неким исходным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией. '''ПК''' устанавливаются везде, где может это произойти, то есть практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатации [[Промышленность|промышленных]] и бытовых [[Сосуд под давлением|сосудов, работающих под давлением]].

Существуют и другие виды [[Предохранительная арматура|предохранительной арматуры]], но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей [[Конструкция|конструкции]], лёгкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений<ref name="Г">{{книга
|автор =Д. Ф. Гуревич.
|часть =
|заглавие =Трубопроводная арматура.Справочное пособие
|оригинал =
|ссылка =
|место =Москва
|издательство =ЛКИ
|год =2008
|страницы =368
|isbn =978 5 382 00409 9}}</ref><ref name="К">{{книга
|автор =Под общей редакцией С. И. Косых.
|часть =
|заглавие =Трубопроводная арматура с автоматическим управлением.Справочник
|оригинал =
|ссылка =
|место =Ленинград
|издательство =Машиностроение
|год =1982
|страницы =
|isbn =}}</ref><ref name="Гост">{{cite web
 | author      = 
 | date        = 
 | url         = http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=128373
 | title       = Арматура трубопроводная.Термины и определения
 | work        = ГОСТ Р 52720-2007
 | publisher   = [[Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии]]
 | accessdate  = 2010-06-10
 | archiveurl  = http://www.webcitation.org/65qyt5MOD
 | archivedate = 2012-03-02
}}</ref>.

== Принцип действия ==
[[Файл:SafetyValveRus.png|300px|right|Конструкция типичного пружинного клапана прямого действия ([[чертёж]])]]
На поясняющем рисунке справа — [[чертёж]] типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из ''затвора'' и ''седла''. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает [[пружина]]. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на ''золотнике'' обеспечивало его прижатие к ''седлу'' запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным [[Винт (деталь)|винтом]].

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует [[Сила (физическая величина)|сила]] от ''рабочего давления'' в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает [[Механическое равновесие|равновесие]] активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления [[Молекула|молекул]] среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него [[Динамика (физика)|динамических]] усилий от проходящего потока среды, и наличие сил [[Трение|трения]], требующих дополнительного усилия для его полного закрытия<ref name="К" />.

== Классификация предохранительных клапанов ==
;По принципу действия:
* клапаны прямого действия — обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание '''предохранительный клапан''', они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;
* клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств [[импульсное предохранительное устройство|импульсные предохранительные устройства]];

;По характеру подъёма замыкающего органа:
* клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах)
* клапаны двухпозиционного действия

;По высоте подъёма замыкающего органа:
* малоподъёмные
* среднеподъёмные
* полноподъёмные

;По виду нагрузки на золотник:
* грузовые или рычажно-грузовые
* пружинные
* рычажно-пружинные
* магнито-пружинные

== Различия в конструкциях ==
[[Файл:Ramsbottom safety valve (side only) (Heat Engines, 1913).jpg|200px|thumb|Двухсёдельная конструкция.]]
Предохранительные клапаны как правило имеют угловой корпус, но могут иметь и проходной, независимо от этого клапаны устанавливаются вертикально так, чтобы при закрывании [[шток]] опускался вниз.

Большинство предохранительных клапанов изготавливаются с одним седлом в корпусе, но встречаются конструкции и с двумя сёдлами, установленными параллельно<ref name="Го">{{книга
|автор =А. И. Гошко.
|часть =
|заглавие =Арматура промышленная общего и специального назначения. Справочник
|оригинал =
|ссылка =
|место =Москва
|издательство =Мелго
|год =2007
|страницы =
|isbn =}}</ref>.

Малоподъемными называются предохранительные клапаны, у которых высота подъема запирающего элемента (золотника, тарелки) не превышает 1/20 диаметра седла, полноподъемными — клапаны, у которых высота подъема составляет 1/4 диаметра седла и более<ref name="Гост" />. Существуют также клапаны с высотой подъема тарелки от 1/20 до 1/4, их обычно называют среднеподъемными. В малоподъемных и среднеподъемных клапанах подъем золотника над седлом [[Зависимость|зависит]] от давления среды, поэтому условно их называют клапанами ''пропорционального действия'', хотя подъем не [[Пропорциональность|пропорционален]] давлению рабочей среды. Такие клапаны используются, как правило, для жидкостей, когда не требуется большая пропускная способность. В полноподъемных клапанах открытие происходит сразу на полный ход тарелки, поэтому их называют клапанами ''двухпозиционного действия''. Такие клапаны высокопроизводительны и применяются как на жидких, так и на газообразных средах<ref name="Го" /><ref name="У">{{книга
|автор =Р. Ф. Усватов—Усыскин.
|часть =
|заглавие =Поговорим об арматуре
|оригинал =
|ссылка =
|место =Москва
|издательство =Vitex
|год =2005
|страницы =
|isbn =}}</ref>.

Наибольшие различия в конструкциях предохранительных клапанов заключаются в видах нагрузки на золотник.

=== Пружинные клапаны ===
[[Файл:Safety valve-02.jpg|200px|left|thumb|Хорошо видны рычаг и пружина.]]
В них давлению среды на золотник противодействует сила [[Растяжение-сжатие|сжатия]] пружины. Один и тот же пружинный клапан может быть использован для различных пределов настройки давления срабатывания путём комплектации различными пружинами. Многие клапаны изготавливаются со специальным механизмом (рычагом, грибком и др.) ручного подрыва для контрольной продувки клапана. Это делается с целью проверки [[Работоспособность|работоспособности]] клапана, так как во время эксплуатации могут возникнуть различные проблемы, например прикипание, примерзание, прилипание золотника к седлу. Однако в некоторых [[Производство|производствах]] в условиях агрессивных и [[Токсичность|токсичных]] сред, высоких [[температура|температур]] и давлений, контрольная продувка может быть очень опасной, поэтому для таких клапанов возможность ручной продувки не предусматривается и даже запрещается<ref name="ПНАЭ">Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-008-89)</ref>.

Чаще всего пружины подвергаются воздействию рабочей среды, которая сбрасывается из трубопровода или ёмкости при срабатывании, для защиты от слабоагрессивных сред применяют специальные покрытия пружин. Уплотнение по штоку в таких клапанах отсутствует. В случаях же работы с агрессивными средами в [[Химическая промышленность|химических]] и некоторых других установках пружину изолируют от рабочей среды при помощи уплотнения по штоку [[сальниковое устройство|сальниковым устройством]], [[сильфон]]ом или [[Упругость|эластичной]] мембраной. Сильфонное уплотнение применяется также в тех случаях, когда утечка среды в [[Атмосфера|атмосферу]] не допускается, например на [[Атомная электростанция|АЭС]]<ref name="У" /><ref name="А">Технологические системы реакторного отделения. БАЭС: ЦПП, 2000.</ref>.

=== Рычажно-грузовые клапаны ===
[[Файл:Lever safety valve (Heat Engines, 1913).jpg|200px|thumb|Конструкция рычажного-грузового клапана.]]
В таких клапанах усилию на золотник от давления рабочей среды противодействует [[Вес|сила]] от груза, передаваемая через [[рычаг]] на [[шток]] клапана. Настройка таких клапанов на давление открытия производится фиксацией груза определённой [[Масса|массы]] на плече рычага. Рычаги также используют для ручной продувки клапана. Такие устройства запрещено использовать на передвижных [[сосуд под давлением|сосудах]]<ref name="ПБ">Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)</ref>.

Для герметизации сёдел больших диаметров требуются значительные массы грузов на длинных рычагах, что может вызвать сильную [[Вибрация|вибрацию]] устройства, в этих случаях применяются корпуса, внутри которых сечение сброса среды образовано двумя параллельно расположенными сёдлами, которые перекрываются двумя золотниками при помощи двух рычагов с грузами. Таким образом, в одном корпусе монтируются два параллельно работающих затвора, что позволяет уменьшить массы груза и длины рычагов, обеспечивая нормальную работу клапана<ref name="У" />.

=== Магнито-пружинные клапаны ===
В этих устройствах используется [[электромагнитный привод арматуры|электромагнитный привод]], то есть они не являются арматурой прямого действия. [[Электромагнит]]ы в них могут обеспечивать дополнительное прижатие золотника к седлу, в этом случае при достижении давления срабатывания по сигналу от [[датчик]]ов электромагнит отключается и давлению противодействует лишь пружина, клапан начинает работать как обычный пружинный. Также электромагнит может создавать усилие открытия, то есть противодействовать пружине и принудительно открывать клапан. Существуют клапаны, в которых электромагнитный привод осуществляет и дополнительное прижатие, и усилие открытия, в этом случае пружина служит для подстраховки на случай прекращения [[Электрический ток|электропитания]], при обесточении такие устройства начинают работать как пружинные клапаны прямого действия.

Магнито-пружинные клапаны применяются чаще всего в сложных [[Импульсное предохранительное устройство|импульсных предохранительных устройствах]] в качестве управляющих или импульсных клапанов<ref name="ПНАЭ" /><ref name="А" />.

== Технические требования к предохранительным клапанам ==
Главным и наиболее ответственным требованием, предъявляемым к предохранительным клапанам, является высокая [[надёжность]], включающая в себя:
* [[Работоспособность|безотказное]] и своевременное открытие клапана при заданном превышении рабочего давления в системе;
* обеспечение клапаном в открытом положении требуемой [[Пропускная способность|пропускной способности]];
* осуществление своевременной обратной посадки (закрытия) с требуемой степенью герметичности при заданной величине падения давления в системе после аварийного срабатывания и сохранения установленной степени герметичности при последующем возрастании давления до величины ''рабочего'';
* обеспечение стабильности работы, то есть сохранение в течение всего срока эксплуатации и заданного числа циклов срабатывания параметров настройки и требуемой степени герметичности запорного органа при рабочем давлении.

Предохранительные клапаны подлежат периодической проверке в специализированной организации или испытанию в действии. Все клапаны должны быть испытаны на [[Гидравлическое испытание|прочность, плотность]], а также герметичность [[сальниковое устройство|сальниковых соединений]] и [[Уплотнительное устройство|уплотнительных поверхностей]]<ref name="К" /><ref name="ПБ" />

== Правила и стандарты ==
В связи с широчайшим распространением предохранительных клапанов [[стандарт]]ы и [[Правило|правила]], применяемые к ним, находятся во всех документах, которые регулируют использование всего оборудования, защищаемого ими. Например «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)» в [[Россия|России]] или «Boiler & Pressure Vessel Code» в [[Соединённые Штаты Америки|США]]. Также существуют отраслевые документы, посвящённые исключительно предохранительным клапанам в применении к какому-либо оборудованию, например «Клапаны предохранительные [[Паровой котёл|паровых]] и водогрейных котлов. Технические требования (ГОСТ 24570-81)»

В связи с особой ответственностью предохранительных клапанов в обеспечении безопасности систем, которые ими обслуживаются, надзор за их использованием и утверждение правил и стандартов производят организации, специально уполномоченные [[государство]]м, например в России это [[Ростехнадзор]]<ref name="У" /><ref name="ПБ" />.

== Примечания ==
{{примечания}}

== См. также ==
{{Навигация}}
* [[Обратный клапан]]
* [[Запорный клапан]]
* [[Регулирующий клапан]]
* [[Гидроклапан]]
* [[Мембранное предохранительное устройство]]

[[Категория:Автоматизация]]
[[Категория:Промышленная автоматика]]
[[Категория:Трубопроводная арматура]]
[[Категория:Гидравлика]]
[[Категория:Гидропривод]]
[[Категория:Теплотехника]]
[[Категория:Гидротехника]]
[[Категория:Водоснабжение]]