Если сравнивать дроссельный клапан и обратный клапан, то дроссельный клапан открывается, закрывается или регулирует расход по команде, тогда как обратный клапан автоматически ограничивает обратный поток. Дроссельный клапан следует использовать для отсечки или соответствующих задач дросселирования, а обратный клапан — для защиты от обратного потока; во многих насосных системах требуются оба эти типа клапанов.
| Коэффициент отбора | Двустворчатый клапан | Обратный клапан |
|---|---|---|
| Основная должность | Управляемая изоляция и соответствующие задачи регулирования расхода | Автоматическая защита от обратного потока |
| Рабочий механизм | Вал вращает диск примерно на 90 градусов | Силы жидкости приводят в движение диск, пластину, шарик или другой запорный элемент |
| Внешнее управление | Рычаг, редуктор или приводной механизм | Обычные конструкции не требуют внешнего привода |
| Направление потока | Многие модели поддерживают двунаправленную работу; проверьте технические характеристики | Предназначен для прохождения потока в прямом направлении и предотвращения обратного потока |
| Регулировка расхода | Возможно в пределах заданного диапазона регулирования модели | Не предназначено для поддержания заданного значения расхода |
| Типичные области применения | Водоснабжение, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, изоляция технологических процессов и отдельные задачи управления | Насосная нагнетательная линия, параллельные отводы насосов и технологические трубопроводы, требующие защиты от обратного потока |
| Предельные значения давления и температуры | Зависит от конструкции, материалов, сидений и класса давления | Зависит от конструкции, материалов, сидений и класса давления |
| Сравнение затрат | Учесть приводы, средства управления, монтаж и потери энергии | Учесть показатели герметичности, монтаж, техническое обслуживание и потери энергии |
Как дроссельная заслонка регулирует расход
A поворотный клапан регулирует поток за счет поворота диска внутри трубы. Когда диск расположен перпендикулярно направлению потока, жидкость обтекает его. При повороте диска в сторону седла проход закрывается.
Диск перемещается примерно на 90 градусов, или на один четверть оборота, из открытого положения в закрытое. Для управления клапанами меньшего размера может использоваться рычаг. Для клапанов других размеров и условий эксплуатации необходимый крутящий момент обеспечивается редуктором или приводом.
Даже в полностью открытом состоянии диск остается в потоке. Жидкость вынуждена обтекать его, поэтому сохраняется некоторое сужение прохода и потери давления.
В руководстве компании Spirax Sarco по ротационным запорным клапанам описывается этот механизм и компактная конструкция, благодаря которой клапаны-бабочки удобно использовать в условиях ограниченного пространства.
Какую конструкцию клапана-бабочки следует выбрать?
Конструкция седла и геометрия диска определяют, какой клапан типа «бабочка» подходит для ваших условий эксплуатации. Обычный клапан с резиновым седлом и клапан с металлическим седлом и тройным смещением могут иметь совершенно разные эксплуатационные пределы.
К типичным вариантам относятся:
- Концентрические клапаны с упругим седлом широко используются в системах водоснабжения, системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также в системах общего коммунального обслуживания при условии, что материал седла подходит для данной рабочей среды и температуры.
- Клапаны с двойным смещением уменьшают трение седла во время работы. Соответствующие модели подходят для более сложных технологических задач.
- Клапаны с тройным смещением имеют дополнительное геометрическое смещение, как правило, с металлическими уплотнительными элементами, и предназначены для эксплуатации в определённых условиях с повышенной нагрузкой.
Типы соединений корпуса включают: «вафельное», «с выступом» и «с двойным фланцем». Для определения номинального давления и дроссельных характеристик модели вам по-прежнему потребуются её технические характеристики.
Подберите внутреннюю конструкцию и тип соединения в соответствии с условиями эксплуатации. В руководстве по выбору клапанов-бабочек компании Bray объясняется, чем отличаются эти серии конструкций.
Как обратный клапан предотвращает обратный поток
Обратный клапан открывается при прямом потоке и автоматически закрывается при изменении условий, приводящих к обратному потоку. В зависимости от конструкции его закрытие обеспечивается силой тяжести, пружиной, обратным давлением или сочетанием этих сил.
Предположим, что насос остановился, а в трубопроводе ниже по потоку сохраняется давление. Жидкость может попытаться вернуться обратно через насос. В этом случае соответствующий обратный клапан закрывается, чтобы ограничить такое обратное движение.
Различные механизмы подходят для разных условий:
- Обратный клапан с качающимся диском имеет диск на шарнирах, который раскрывается при потоке вперед.
- A двухдисковый обратный клапан состоит из двух откидных пластин, как правило, с пружинным приводом, расположенных внутри компактного корпуса.
- Клапан подъемного типа или поршневой клапан открывается, когда его запорный элемент отрывается от седла.
- Осевой или сопловой обратный клапан имеет направляемый запорный элемент, который перемещается вдоль оси потока, зачастую с помощью пружины.
- Шаровой обратный клапан открывается, когда шарик сдвигается со своего гнезда. Некоторые конструкции подходят для сточных вод или других жидкостей.
Выбирайте среди них, учитывая рабочую среду, диапазон расхода, ориентацию монтажа и особенности закрытия, необходимые для вашей системы. Один только размер корпуса не даст вам представления о рабочих характеристиках клапана.
Почему давление растрескивания и минимальный расход имеют значение
Давление открытия — это перепад давления, при котором обратный клапан начинает открываться. Оно не отражает перепад давления при каждом рабочем расходе и не указывает, будет ли клапан оставаться стабильно открытым.
Клапан может открыться, а затем начать дребезжать при колебаниях расхода. Если он выбран слишком большого размера, он может слишком долго находиться в частично открытом состоянии, а повторяющиеся движения приводят к износу деталей.
В руководстве компании Spirax Sarco по обратным клапанам объясняются как принцип работы механизма открытия, так и проблемы, связанные с неправильным подбором размера.
Сообщите поставщику минимальный, нормальный и максимальный расход, а также диаметр трубы. Уточните, будет ли предлагаемый клапан стабильно работать в этом диапазоне.
Факторы, влияющие на производительность системы
Дроссельные клапаны обеспечивают управляемое регулирование, тогда как обратные клапаны реагируют на поток жидкости автоматически. Для обоих типов требуется проверка, специфичная для конкретной модели, на предмет давления, температуры, утечек и поведения при остановке системы.
Управление отключением по команде и автоматическое отключение
Привод или исполнительный механизм приводит в действие дроссельный клапан. Рабочая среда приводит в действие обычный обратный клапан. При сбое питания или отключении насоса именно эти различные факторы определяют, как отреагирует каждый из клапанов.
Открытый клапан-бабочка сам по себе не обнаруживает и не блокирует обратный поток. Приводам с функцией «закрытие при сбое» по-прежнему необходимы последовательность действий и время закрытия, соответствующие требованиям системы.
Кроме того, для выбора режима расхода нельзя использовать обычный обратный клапан. Его подвижный элемент может находиться в частично открытом положении, но это положение определяется условиями технологического процесса.
При проведении технического обслуживания используйте предусмотренную схему отключения и убедитесь, что давление в оборудовании сброшено. Обратный клапан может протекать или заклинивать, поэтому одно лишь его наличие не гарантирует безопасного отключения.
Номинальное давление, герметичность и сопротивление потоку
Предельные значения давления, коэффициенты утечки и перепад давления варьируются в зависимости от модели в обоих семействах клапанов. Сравните конкретные модели клапанов с учетом температуры рабочей среды и предполагаемых условий расхода.
Например, компания Bray предлагает варианты клапанов ASME классов от 150 до 900 для своего тройного дроссельного клапана Tri Lok с учётом ограничений по давлению и температуре для выбранной конфигурации. Эти специализированные конструкции предназначены для выполнения задач, выходящих за рамки возможностей стандартных инженерных клапанов.
Многие клапаны-бабочки обеспечивают герметичность в обоих направлениях. Убедитесь, что требуемый номинальный перепад давления соответствует требованиям в каждом направлении, а также учитывайте указанное производителем предпочтительное направление потока и технические характеристики по перекрытию.
Чтобы сравнить потери давления, запросите у производителя коэффициент расхода (обычно Cv или Kv) или кривую падения давления. Используйте рабочий расход и, в случае регулирующего клапана, соответствующее положение открытия.
Гидравлический удар и хлопанье обратного клапана
Быстрое закрытие дроссельной заслонки может вызвать гидравлический удар, а неправильно подобранный обратный клапан может резко захлопнуться. Установка обратного клапана не гарантирует, что разрушительные скачки давления исчезнут.
Гидравлический удар — это волна давления, возникающая в результате резкого изменения скорости движения жидкости, например, при слишком резком закрытии дроссельной заслонки.
Обратный клапан может резко захлопнуться, если до того, как его запорный элемент достигнет седла, возникнет значительная скорость обратного потока. Конструкции с пружинным приводом и коротким ходом могут снизить этот риск, при условии, что их время отклика соответствует скорости замедления потока в системе.
В случае длинного подъемного трубопровода или сложной остановки насоса следует запросить оценку переходных процессов. Описание “без удара” в каталоге должно быть подкреплено соответствующими характеристиками закрытия в ваших условиях эксплуатации.
Когда вашей системе требуются оба клапана
Обе функции клапана необходимы в тех случаях, когда система требует как автоматической защиты от обратного потока, так и возможности отключения или управления по команде. Параллельно работающие насосы часто предъявляют такие разные требования.
Рассмотрим гипотетическую установку с двумя насосами, питающими один и тот же коллектор.
Когда один из насосов останавливается, работающий насос может поддерживать давление в общем коллекторе. Обратный клапан на нагнетательном отводе неработающего насоса помогает предотвратить обратный поток через этот насос.
Отдельный клапан-бабочка может выполнять функцию изоляции ответвления, если это допускают его номинальные параметры перекрытия и процедуры изоляции на объекте. Для проведения технического обслуживания может также потребоваться изоляция на входе, слив, вентиляция или установка дополнительных барьеров.
Укажите характеристики закрытия обратного клапана и требования к изоляции дроссельного клапана отдельно. При определении расстояний и расположения руководствуйтесь проектом трубопровода и инструкциями производителя.
Сколько стоят клапаны типа «бабочка» и обратные клапаны?
Стоимость клапана-бабочки и обратного клапана зависит от условий эксплуатации, конструкции и комплектации установки. Ни один из этих типов не является всегда более дешевым.
Ручной дроссельный клапан с упругой прокладкой может оказаться экономичным решением для крупного водопровода. A моторизованный клапан-бабочка добавляет к заказу привод. Позиционеры, переключатели и контрольная проводка могут ещё больше увеличить стоимость монтажа в тех случаях, когда требуются эти дополнительные компоненты.
Цены на обратные клапаны варьируются в зависимости от типа конструкции: компактные клапаны с плоской прокладкой, полнотелые поворотные клапаны и специальные осевые клапаны. Стоимость также зависит от марки материала, класса давления, испытаний и требуемых характеристик закрытия.
Я рекомендую указывать одни и те же требования рядом с каждой цитатой:
- Сопоставьте номинальный размер, класс давления, материал корпуса, внутреннее укомплектование, седло и торцевые соединения.
- Укажите коробку передач или привод, источник питания, принадлежности и требуемое положение при отказе.
- Следует предусмотреть опоры, подходные пути, подъемные работы, работы с фланцами и необходимое пространство для труб.
- Перечислите необходимые проверки, сертификаты на материалы, соответствующие разрешения и испытания.
- Сравните потери давления, затраты на запасные части, технические осмотры, ремонты и время простоя в течение всего срока службы клапана.
Если системе требуются обе функции, следует предусмотреть в бюджете средства на приобретение обоих клапанов. Даже при покупке более дешевого отсечного клапана необходимо все равно обеспечить соблюдение требований по защите от обратного потока.
Практический пример расчета затрат, связанных с потерями давления
Дополнительный перепад давления приводит к затратам энергии, поскольку насосу приходится создавать дополнительный напор для поддержания прежнего расхода. Это Рекомендации Министерства энергетики США по энергосбережению в области регулирующих клапанов объясняет, что мощность, необходимая для преодоления перепада давления, зависит как от расхода, так и от величины этого перепада.
Чтобы сравнить двух кандидатов, выполняющих одну и ту же работу, рассмотрим следующие гипотетические данные:
- Ход: 0,020 м³/с, или 72 м³/ч.
- Дополнительный перепад давления: 20 000 Па, или 0,20 бар.
- Совокупный КПД насоса и двигателя: 70%.
- Работа: 6 000 часов в год.
- Стоимость электроэнергии: $0,12 за кВт·ч.
Дополнительная электрическая мощность составляет примерно:
Расход × дополнительный перепад давления ÷ КПД
В результате получается 0,020 × 20 000 ÷ 0,70 = 571 ватт, или примерно 0,57 кВт.
За 6 000 часов дополнительная энергия составляет примерно 3 429 кВт·ч, стоимостью примерно $411 в год при этих допущениях.
Эти цифры приведены в качестве примера расчета; они не являются рейтингами продукции или прогнозом для вашего завода. Фактическая стоимость зависит от вашего профиля эксплуатации, КПД насоса, систем управления и динамики работы системы.
Как выбрать подходящий клапан за пять шагов
Сначала определите, какую функцию должен выполнять клапан, а затем проверьте совместимость с рабочей средой, технические характеристики, поведение при прохождении потока и детали монтажа. Сообщите эти требования поставщикам, чтобы они могли предложить подходящую модель.
1. Определите, какую функцию должен выполнять клапан
Для обеспечения надлежащего отсечения или регулирования расхода, требующих управления со стороны оператора или привода, следует выбрать клапан-бабочку. Для автоматического предотвращения обратного потока следует выбрать обратный клапан. В некоторых системах требуются оба эти устройства.
Сформулируйте требование одним предложением, например: “Предотвратить обратный поток через неработающий насос”. Используйте его для отбора вариантов из каталога.
2. Опишите жидкость и её состояние
Укажите тип жидкости, диапазон температур, концентрацию химических веществ, содержание твердых частиц, а также наличие абразивных или коррозионных свойств. Эти параметры влияют на все компоненты, контактирующие с жидкостью.
Проверьте седло, шток, пружину и уплотнения, а также корпус. При использовании в системах сточных вод обратите внимание на прохождение мусора и образование отложений. При использовании в системах с химическими веществами запросите рекомендации по совместимости с учетом фактической концентрации и температуры.
3. Проверить полный рабочий диапазон
Сравните номинальные характеристики предлагаемого клапана с максимальным рабочим давлением, температурой, перепадом давления и вероятными переходными режимами. Выбор может определяться ограничениями, применимыми к какому-либо компоненту или условиям эксплуатации.
Укажите условия работы в вакууме, условия очистки и случаи отключения, если это уместно. Обозначение класса давления не означает, что для каждой температуры предусмотрено одно фиксированное допустимое давление.
Для дроссельных клапанов с приводом необходимо убедиться, что привод обладает достаточным крутящим моментом для указанных условий эксплуатации и требуемого поведения в случае отказа.
4. Размер для диапазона расхода
Проверьте клапан при минимальном, нормальном и максимальном расходе, включая запуск и работу с пониженной нагрузкой. Он должен работать в условиях, в которых фактически эксплуатируется ваш завод, а не только в расчетных условиях.
В отношении обратных клапанов необходимо запросить информацию о стабильности открытия и потерях давления. В отношении дроссельных клапанов-бабочек следует проверить полезный диапазон регулирования, скорость потока, риск кавитации и требования к приводу.
Половинное открытие не обязательно означает, что расход составляет половину от расхода при полном открытии. Характеристики клапана и остальная часть трубопроводной системы определяют, какой объем жидкости проходит через него.
5. Подтверждение установки и доступа к обслуживанию
Перед оформлением заказа проверьте допустимую ориентацию, межфланцевые размеры, совместимость фланцев, зазор диска и доступ для технического обслуживания. Клапан, подходящий по номинальному размеру трубы, всё равно может создавать помехи для соседних узлов.
Для поворотные заслонки с проушинами, получите явное подтверждение любого предлагаемого класса «тупикового» обслуживания. Наличие резьбовых патрубков само по себе не гарантирует, что клапан сможет безопасно удерживать давление после отсоединения трубопровода, расположенного ниже по потоку.
При установке обратного клапана следуйте указаниям по направлению потока и ориентации, указанным для данной модели. Уточните допустимые положения монтажа, даже если клапан имеет пружинный привод или выполнен в виде «пластинчатого» клапана.
Ошибки при установке и техническом обслуживании, которых следует избегать
Неправильная ориентация, недостаточный зазор, неподходящие условия эксплуатации и игнорирование признаков износа могут привести к возникновению проблем. Руководствуйтесь инструкциями по установке и техническому обслуживанию именно той модели, которую вы устанавливаете.
Перед вводом в эксплуатацию удалите остатки монтажа и убедитесь, что подвижные детали перемещаются свободно. Убедитесь, что диск дроссельной заслонки не задевает внутренний диаметр трубы и примыкающие фитинги.
В ходе технического обслуживания следует выявлять новые проявления вибрации, дребезга, утечек или шумов при остановке. Эти признаки могут свидетельствовать как о неисправностях в работе, так и о повреждении компонентов.
На клапанах бабочкового типа проверьте седло, уплотнения штока, работу привода и ограничители хода. Проверьте наличие как внешних, так и внутренних утечек.
На обратных клапанах осмотрите седло, шарниры или направляющие, а также пружины, если они имеются. Обратите внимание на наличие отложений и признаков обратной утечки.
Устанавливайте периодичность проверок, руководствуясь рекомендациями производителя и вашим опытом эксплуатации, с учётом интенсивности эксплуатации и частоты циклов работы. Для работы с чистой водой и в условиях абразивной среды с частыми циклами работы не всегда подходит один и тот же график. Общее правило о замене каждые шесть месяцев не учитывает эти различия.
Перед вскрытием оборудования необходимо выполнить установленные на объекте процедуры изоляции, блокировки, слива и сброса давления. На рабочих местах в США, на которые распространяется действие стандарта OSHA по контролю за опасной энергией, опасная накопленная или остаточная энергия должна быть обезврежена, а уполномоченный сотрудник должен подтвердить изоляцию перед началом технического обслуживания.
Часто задаваемые вопросы
Дроссельные клапаны и обратные клапаны не являются взаимозаменяемыми в обычных условиях эксплуатации. Схожие названия, особенно “дроссельный обратный клапан”, могут затруднять понимание различия между ними.
Одно ли это — обратный клапан «бабочка» и клапан «бабочка»?
Нет. Под “бабочковым обратным клапаном” обычно понимается двухдисковый обратный клапан с двумя откидными дисками, напоминающими крылья. Он закрывается автоматически, предотвращая обратный поток.
Обычная дроссельная заслонка имеет диск с валовым приводом, приводимый в действие рычагом, редуктором или приводом. В случае неоднозначности названия изделия следует проверять рабочий механизм и технические характеристики.
Может ли клапан-бабочка заменить обратный клапан?
Обычная дроссельная заслонка не может заменить автоматическую функцию обратного клапана. В открытом состоянии она может пропускать поток в обратном направлении и не реагирует самостоятельно при изменении направления потока.
Управление остановкой насоса может осуществляться с помощью специально разработанной системы с управляемыми клапанами. Ее датчики, поведение при потере питания, временные характеристики и переходные процессы по-прежнему необходимо оценивать в совокупности.
Какой клапан лучше подходит для регулирования расхода?
Для регулирования расхода следует рассмотреть вариант использования клапана-бабочки, спроектированного и рассчитанного для регулирующих задач. Обычный обратный клапан не имеет управляемого положения открытия, которое можно было бы использовать для регулирования расхода.
Даже при использовании дроссельной заслонки для выполнения сложных задач регулирования необходимо пересмотреть расчетные параметры. Значительное снижение давления или широкий диапазон расхода могут оправдать выбор другой конструкции регулирующего клапана.
Какой клапан требует меньшего объема технического обслуживания?
Техническое обслуживание зависит от конструкции и условий эксплуатации. Обратный клапан не требует регулярного вмешательства со стороны оператора, однако его детали все же могут изнашиваться, загрязняться или заклинивать.
Сравните доступность запасных частей, предполагаемое количество циклов работы, степень чистоты рабочих жидкостей, требования к техническому осмотру и последствия утечек. Автоматический режим работы не избавляет от необходимости технического обслуживания.
Выбирайте клапан в зависимости от задачи, которую он должен выполнять
Выберите подходящий клапан-бабочку для отсечки или регулирования расхода по команде, а также обратный клапан для автоматической защиты от обратного потока. Укажите оба устройства, если трубопроводная система требует обеспечения обеих функций.
Прежде чем запрашивать коммерческое предложение, соберите информацию о рабочей среде, рабочих параметрах, диапазоне расхода, допустимом падении давления и ограничениях по монтажу. Попросите поставщиков указать точную модель и предоставить данные о её технических характеристиках, чтобы при сравнении дроссельной заслонки и обратного клапана вы могли оценить их функциональные возможности и совокупную стоимость.
