Зачем нужен гидравлический клапан и где он применяется?

Гидравлические клапаны

Гидравлический клапан (гидроклапан) – специальное устройство, главной функцией которого является регулировка параметров потока жидкости посредством изменения проходного сечения гидроаппарата. Такое изменение осуществляется при помощи изменения положения запорно-регулирующего элемента системы.

Сегодня существует множество классификаций гидравлических клапанов по самым различным параметрам. Наиболее общими классификациями устройств являются.

  1. Регулирующие (дросселирующие) гидроклапаны – регулируют движение потока жидкости.
  2. Направляющие – их главной задачей является пропускать или останавливать поток жидкости при достижении потоком заданных параметров (давления, разности давлений и пр.).

Помощь в подборе оборудования: +7 (495) 211 03 84

Ваше сообщение было успешно отправлено!

Наши специалисты скоро свяжутся с Вами!

Какие клапаны относятся к каждому типу

1. Предохранительный клапан – поддерживает давление до конкретного уровня, не превышая этого показателя. Находится в работе непостоянно, то есть при нормальном стабильном давлении поток рабочей жидкости через него не проходит. Срабатывает в условиях превышенного давления в гидросистеме (это может случиться, например, при превышении допустимой нагрузки на цилиндр, при остановке на упоре и пр.).

2. Переливной клапан – главная его функция – поддержание давления на входе в клапан на заднем уровне. Такой клапан постоянно находится в работе, то есть через него постоянно протекают излишки рабочей жидкости.

3. Редукционный клапан – он поддерживает давление на постоянном показателе на выходе из клапана.

4. Клапан разности давлений – этот клапан поддерживает постоянную разность между давлениями на входе и выходе из клапана.

5. Клапан соотношения давлений – он поддерживает постоянное соотношение между давлениями на входе и выходе из клапана.

1. Обратный клапан – пропускает поток жидкости только в одном направлении. Срабатывает при любом, даже минимальном повышении давления на выходе, по сравнению с давлением на выходе из клапана. К такому типу клапанов относятся гидрозамки.

2. Клапан последовательности – когда давление на входе в клапан или в отдельном постороннем потоке достигает определенного уровня, этот клапан начинает пропускать поток жидкости.

3. Клапан выдержки времени – пропускает или останавливает поток жидкости через определенный промежуток времени.

Также гидроклапаны делятся по срабатыванию запорно-регулирующего элемента на:

  1. Прямого действия – срабатывают под воздействием потока рабочей жидкости.
  2. Непрямого действия – срабатывают при помощи вспомогательного промежуточного регулирующего элемента.

Гидроклапаны давления: основные функции

Эти установки используются главным образом для предохранения объемного гидропривода от давления, превышающего норму. Гироклапаны давления поддерживают постоянное давление при помощи следующего процесса: они осуществляют слив рабочей жидкости при дроссельном регулировании. Также такие клапаны поддерживают заданную разницу давления в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.

Устройство гидравлических клапанов давления и принципы работы

Гидроклапан давления состоит из основного корпуса – в нем находится золотник, с торца он поджат пружиной, ее усилие регулируется отдельным винтом и имеет полости подвода и отвода, а также вспомогательные полости, каналы управления, демпферное отверстие.

Остановимся более подробно на основных типах гидроклапанов.

Гидроклапан предохранительный

Этот тип – трубопроводная арматура прямого действия (то есть работает непосредственно от рабочей среды), главным назначением которой является защита от механического разрушения системы и трубопроводов. Осуществляет такую защиту клапан посредством автоматического выпуска избыточной жидкости, а также паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением выше необходимого. Предохранительный клапан прекращает сброс среды, если давление вернулось к своему нормальному показателю.

Такой тип гидроклапанов устанавливается везде, где возможно повышение давления, особенную актуальность он получил в сфере использования промышленных и бытовых сосудов, которые работают под давлением.

Почему может повыситься давление в гидросистеме

Существует несколько причин такой ситуации, которая может возникать и вследствие внутренних процессов, имеющих место из-за неправильной эксплуатации, и вследствие некоторых сторонних факторов. Основные причины давления выше нормы:

  1. Неправильная работа устройства.
  2. Передача тепла от сторонних источников.
  3. Тепломеханическая схема, которая была собрана неправильно.

Предохранительные гидравлические клапаны подразделяются на несколько видов, в зависимости от определённых факторов.

  1. По принципу действия выделяют:
  • непрямого действия, или, как их еще называют, импульсные предохранительные устройства – управляются при помощи постороннего источника давления или электроэнергии;
  • прямого действия – открываются непосредственно под действием давления рабочей среды.
  1. По характеру подъема замыкающего органа:
  • модели пропорционального действия (обычно их используют на несжимаемых средах);
  • модели двухпозиционного действия.
  1. По высоте подъема замыкающего органа:
  • малоподъемные;
  • среднеподъемные;
  • полноподъемные.
  1. По виду нагрузки на золотник выделяют:
  • грузовые;
  • пружинные;
  • рычажно-пружинные;
  • магнито-пружинные.
  1. По типу монтажа:
  • трубного монтажа;
  • стыкового.

В каких областях применяются гидроклапаны предохранительные

Эти механизмы регулируют давление в гидросистемах, поддерживают постоянное давление (на уровне нормы), предохраняют систему от перегрузки (повышения давления). Используются в гидросистемах станков и стационарных установках.

Гидроклапан редукционный

Такой клапан является автоматическим действующим пневматическим или гидравлическим дросселем. Главная его задача – поддержание постоянного давления на выходе.

Какие бывают редукционные клапаны

Выделяют несколько видов:

  1. Прямого действия (работают без внешнего источника энергии).
  2. Непрямого действия, то есть те, которые управляются пневмо- или электроприводом.

Где могут применяться редукционные гидроклапаны

Они используются для уменьшения давления в отводимом в гидросистему потоке рабочей жидкости (то есть на выходе) по отношению к давлению потока на входе в клапан. Также редукционные гидроклапаны регулируют сниженное давление, чтобы оно не отходило от нормы. Могут применяться в гидросистемах гидроприводов станков и прочих стационарных установках.

Технические требования к гидроклапанам

  1. Все гидроклапаны должны производиться в соответствии с требованиями ГОСТ (ГОСТ 16517-82 и ГОСТ 17411-91) исключительно по рабочим чертежам.
  2. Работают клапаны на специальных маслах 14-го класса чистоты жидкостей по ГОСТ 17216-2001. Устанавливаются в гидросистемы, которые снабжены фильтрами с номинальной тонкостью фильтрации, составляющей 25 мкм.
  3. Регулировка давления при помощи клапанов должна происходить плавно от заниженного (или превышенного) к определяемому нормой.
  4. Давление на регулирующем механизме клапана в случае настройки давления на всем диапазоне не должно превышать 0,4 МПа.

Если у Вас остались вопросы, заполните форму:

Гидравлические клапаны давления

Гидравлические клапаны (гидроклапаны) давления – регулирующие гидроаппараты, предназначенные для управления давлением рабочей жидкости в гидроприводе. К ним относятся напорные (предохранительные и перелевные), редукционные клапаны, клапаны разности давления и другие.

В гидроприводе строительных и дорожных машин наибольшее распространение получили напорные клапаны, например, в гидроприводе полноповоротного экскаватора устанавливают от 8 до 14 напорных клапанов, в гидроприводе стрелового самоходного крана – от 4 до 12, в гидроприводе погрузчика – 4…5.

Напорные клапаны предназначены для ограничения или поддержания давления в гидролиниях путем непрерывного или эпизодического слива рабочей жидкости. В зависимости от функционального назначения их принято делить на предохранительные и переливные, несмотря на идентичность конструкций.

Предохранительные клапаны используются для защиты гидропривода от сверхустановленного давления рабочей жидкости путем слива жидкости в моменты увеличения этого давления. Это клапаны эпизодического действия, т. е. при нормальных давлениях они закрыты и открываются лишь при давлении рабочей жидкости в гидросистеме, превышающем установленное.

Переливные клапаны поддерживают заданное давление благодаря непрерывному сливу жидкости во время работы. Их широко применяют в гидроприводах с дроссельным регулированием.

Напорные клапаны различают по следующим признакам:

  • · по конструкции запорно-регулирующего элемента – шарикового, конического и золотникового типа;
  • · по воздействию на запорно-регулирующий элемент – прямого и непрямого действия.

В клапанах прямого действия открытие запорно-регулирующсго элемента (образование рабочего проходного сечения) происходит в результате непосредственного воздействия потока рабочей жидкости на этот элемент. С ростом номинального давления и расхода резко увеличиваются усилия и размеры пружин клапанов прямого действия, что ведет к возрастанию габаритов самого клапана. Поэтому в гидроприводах с высоким давлением (более 25 МПа) чаще всего применяются клапаны непрямого действия (двухкаскадныс клапаны), представляющие собой совокупность двух клапанов: основного (второй каскад) и вспомогательного (перный каскад). В этих клапанах рабочее проходное сечение основного клапана изменяется в результате воздействия потока рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент вспомогательного клапана.

Схема напорного клапана прямого действия привсдсна на рис. 2.1. В корпусе 2 (а) имеются каналы для подсоединения клапана к гидролинии, в которой требуется ограничить давление, а также канал для подсоединения к сливной гидролинии. В корпусе размещены запорно-регулирующий элемент 1 шарикового типа, пружина 3 и регулировочнй винт 4. Запорно-регулирующий элемент (шарик) под действием усилия пружины прижимается к седлу и закрывает рабочее окно клапана, При повышении давления в защищаемой клапаном гидролинии на шарик будет действовать сила давления жидкости, превышающая усилие пружины. Шарик отойдет от седла и пропустит часть жидкости на слив, ограничивая давление в гидролинии. Давление настройки клапана регулируется изменением усилия пружины с помощью винта.

1 – шарик; 1’ – золотник; 2 – корпус; 3 – пружина; 4 – регулировочный винт

Рисунок 2.1. Схема напорного клапана прямого действия шарикового (а) и золотникового (б) типа и условное обозначение (в)

Такая конструкция проста и надежна в работе, не требует точной подгонки шарика к седлу, малочувствительна к загрязнению рабочей жидкости. Однако шариковые напорные клапаны применимы лишь при относительно небольших давлениях и кратковременном действии, так как при длительной работе шарик вследствие вибрации неравномерно вырабатывает (разбивает) седло клапана. Поэтому данные клапаны используют в качестве предохранительных в гидросистемах низкого давления, поскольку в этом случае клапан работает эпизодически.

В качестве переливных клапанов по этой причине применяются, как правило, клапаны с запорно-регулирующим элементом золотникового типа, схема одного из которых приведена на рис. 2.1, б.

Рассмотрим одну из схем напорного клапана непрямого действия (рис. 2.2, а). В корпусе 1 размещен основной клапан конического типа 7, выполненный вместе с поршнем 6. Вспомогательный клапан, управляющий основным, содержит шарик 2, пружину 3 и регулировочный винт 4. Напорная полость А с помощью дросселя 8 соединяется с рабочей полостью Б вспомогательного клапана и полостью Г основного клапана для уменьшения усилия пружины 5. Полость В через канал Д соединяется со сливной гидролинией.

При давлении в напорной гидролинии и полости А, меньшем давления настройки, шарик под усилием пружины 3 закрывает рабочее проходное сечение вспомогательного клапана. При этом давление в полости Г основного клапана равно давлению в полости А, а так как эффективные площади поршня со стороны полостей А и Г выбираются равными, то суммарное усилие на клапан, создавасмое давлением жидкости, будет равно нулю. Рабочее проходное сечение основного клапана под действием пружины 5 будет закрыто.

а – схема; б – условное обозначение

Рисунок.2.2. Напорный клапан непрямого действия

При давлении рабочей жидкости в полости А больше допустимого увеличивастся давление в полости Б. При этом открывается шариковый клапан и рабочая жидкость поступает в полость В и по каналу Д в сливную гидролинию. Появление расхода жидкости через дроссель и вспомогательный клапан приводит к уменьшению давления в полости Г основного клапана. Под действием давления в полости А поршень сместится вверх и откроет рабочее окно основного клапана. При этом давление в напорной гидролинии и полости А падает, поршень смещается вниз и клапан закрывается.

Величина давления настройки клапана непрямого действия определяется усилием пружины 3, которое изменяется с помощью регулировочного винта 4.

В зависимости от последовательности установки и срабатывания предохранительные клапаны условно разделяются на первичные и вторичные.

Читайте также:  Как устроен и как устанавливается клапан для стиральной машины?

Первичные клапаны обычно устанавливают в напорной гидролинии насоса или в напорной секции гидрораспределителя. Они предохраняют насос от сверхустановленных давлений, обеспечивают его разгрузку.

Вторичные клапаны устанавливают в гидролинии после гидрораспределителя или прикрепляют на корпусе гидрораспределителя к его рабочим отводам. Эти клапаны предохраняют гидродвигатели и другие гидроагрегаты от сверхустановленных давлений, возникающих от реактивных или инерционных нагрузок в гидродвигателях. Конструкции гидроклапанов давления отличаются большим разнообразием.

Предохранительный клапан, установленный в гидросистеме, предназначен для защиты насоса и гидроцилиндра от перегрузки. При увеличении частоты вращения двигателя клапан ограничивает подачу рабочей жидкости в гидросистему и давление в ней. Клапан отрегулирован на давление 12,5МПа и опломбирован. В корпусе 5 предохранительного клапана установлен золотниковый клапан (гильза 11, золотник 13, пружина 12) и шариковый клапан с шариком 16.

1 — колпак;
2 — регулировочный винт;
3,12 — пружины;
4 — гайка;
5 — корпус;
6,14,18 — уплотнительные прокладки;
7 – пробка (заглушка технологического отверстия);
8 — седло клапана;
9 — заглушка клапана;
10 — уплотнительное кольцо;
11 — гильза;
12 — пружина;
13 — золотник;
15 — седло клапана;
16 — шарик клапана;
17 — гайка;
I — полость, сообщающаяся с напорной гидролинией;
II,II — каналы, сообщающиеся со сливной гидролинией;
IV — канал;
VI — канал, соединенный с гидравлическим рулевым механизмом (гидрорулем);
VIII — канал, соединенный с напорной гидролинией (насосом гидросистемы);
V,VII — дроссельные отверстия;

Действие предохранительного клапана. Рабочая жидкость подается в полость VIII и, пройдя дроссельное отверстие VII, поступает к гидравлическому рулевому механизму. С увеличением расхода через дроссель VII увеличивается и давление в полостях VIII и I. При определенном (расчетном) расходе давление в полости I достигает такой величины, что сила, действующая на торец золотника 13, превышает сопротивление пружины 1, золотник смещается вправо (по рисунку) и открывает окна в гильзе 11. Рабочая жидкость проходит в полость II, соединенную со сливной гидролинией. В дальнейшем с увеличением подачи жидкости в полость VIII расход через дроссель VII увеличивается незначительно, а излишек жидкости поступает в сливную гидролинию. Таким образом, ограничивается подача жидкости к гидрорулю.При увеличении давления в полости VI увеличивается давление и в связанной с ней через дроссель V полости IV. При определенном давлении в полости IV открывается шариковый предохранительный клапан и жидкость из этой полости поступает в полость II. После этого увеличение давления в полости IV прекращается. Давление в полости VI и в связанных с ней полостях VIII и I продолжает увеличиваться, пока не достигнет величины, обусловленной сопротивлением дросселя V расходу, созданному клапаном 16. Одновременно золотник 13, преодолевая усилие пружины 12,занимает положение, обусловленное перепадом давления жидкости в полостях I и IV, открывая окна в гильзе 11 на величину, обеспечивающую сброс избыточного давления. Таким образом, ограничивается давление в системе рулевого управления. Давление регулируется винтом 2.

Клапаны предохранительные, редукционные, разгрузки и подпора

Один и тот же клапан может служить нескольким целям в зависимости от своего расположения в гидросхеме, а также от расположения выхода и входа пилотной линии, схемы реализации слива утечек (дренажа) — зависимой или независимой.

Предохранительные клапаны

Предохранительные клапаны, как показано на рисунке выше (a, b, c), ограничивают максимальное давление в системе. Предохранительные клапаны — это нормально закрытые клапаны, которые воспринимают давление перед клапаном. Когда давление достигает установки (уставки или отсечки) клапана, клапан открывается для того, чтобы сбросить излишки жидкости (давления) к резервуар (гидробак). На рисунке выше (a) показан клапан прямого действия. Пунктирная пилотная линия указывает на то, что давление «снимается» непосредственно перед клапаном и запорный элемент клапана, непосредственно, воспринимает давление подаваемое на него. Пружинная полость клапана напрямую соединена со вторичным портом, хотя данная функция не отображается текущими символами ISO 1219-1. Обратное давление в линии слива действует со стороны пружины и добавляет (приплюсовывает) к установленному давлению настройки своё давление. Это означает, например, что в случае давления в 10 бар в линии слива (давление подпора в линии слива), клапан откроется при давлении на 10 бар большем, чем было установлено, хотя перепад давлений через клапан не изменяется.

На рисунке выше (b) показан упрощенный символ предохранительного клапана с пилотным управлением или, по-другому, двухступенчатый клапан, а на рисунке (c) показан детализированный символ для двухступенчатого предохранительного клапана. Благодаря своей конструкции пилот предохранительного клапана может быть удалён и находиться в кабине оператора.

После неурегулированного гидронасоса обязательно должен быть установлен предохранительный клапан.

Несмотря на то, что регулируемые гидронасосы имеют компенсаторы по давлению, после них в гидроцепи желательно также устанавливать предохранительный клапан. Клапаны, стоящие после гидронасоса, обычно называются главными клапанами и защищают всю гидросистему. Также для защиты отдельных узлов (гидромоторов, гидроцилиндров) предохранительные клапаны могут устанавливаться в ответвлениях гидроцепи.

На рисунке выше (d) показан нормально открытый редукционный клапан, который используются для ограничения максимального давления приводов в ответвлениях гидролинии. Эти клапаны контролируют давление за счёт контроля давления на вторичном выходе клапана. Данная функция показывается пунктирной пилотной линией на выходе клапана. Так как давление определяется как сопротивление потоку, то регулируя расход масла (РГЖ) через клапан возможно изменять перепад давления на клапане, тем самым регулируя вторичное давление. Так как клапан «снимает» давление непосредственно на выходе, то данный клапан априори является клапаном с внешним дренажом.

На рисунке выше (е) показан символ редукционного клапана, который, помимо давления, понижает поток масла через клапан.

Клапаны разгрузки используются с насосами постоянного объёма или в линии аккумулятора для сохранения энергии привода. Некоторые производители изготавливают клапаны с внешней разгрузкой — такой клапан показан на рисунке выше (f). В данных клапанах разгрузка осуществляется по команде пилотного давления из другой гидролинии или гидролинии оператора.

На данной гидросхеме ограничение давления происходит как от внешнего, так и от внутреннего пилотного давления. При увеличении любого пилотного давления сверх показания установленного — происходит открытие клапана:

На рисунке ниже показана типичная гидросхема с насосами высокого давления (малого объёма) и низкого давления (большого объёма). Разгрузка насоса низкого давления происходит от пилотного давления, подаваемого после обратного клапана. Для защиты линии высокого давления после закрытия обратного клапана, за насосом высокого давления устанавливается предохранительный клапан.

В данной гидросхеме клапаны S1 и S2 являются клапанами последовательности:

В начале цикла происходит подъём бура и только после достижения давления уставки клапана S2 происходит разжим струбцины — система приводится в исходное положение и теперь можно начинать рабочий цикл. При подаче напряжения на катушку произойдёт зажим струбцины и по достижению уставки давления клапана S1 начнется рабочий ход бура. Особенностью клапана последовательности является наличие независимого слива, так как со стороны слива действует противодавление, которое будет менять уставку давления при отсутствии независимого слива. Такие клапаны могут дополняться обратными клапанами для свободного движения масла в обратном направлении.

На рисунке ниже изображён клапан подпора:

Цель клапана подпора — удержание штока гидроцилиндра от свободного падения под действием силы тяжести при опускании или в промежуточном положении. Клапан настраивается приблизительно на давление 10 бар и благодаря этому шток гидроцилиндра опускается равномерно, без рывков. Недостатком этого клапана является понижение КПД гидроцилиндра, так как требуется преодолевать дополнительное противодавление клапана в 10 бар. Для исправления этого недостатка некоторые производители выпускают клапаны подпора с внешней пилотной линией.

На гидросхеме ниже при опускании штока вниз клапан полностью открывается под воздействием внешнего пилотного давления:

В случаях работы гидравлики с переменной нагрузкой, применение клапана подпора с внешней пилотной линией (клапана контрбаланса) однозначно необходимо. В случае, когда в гидроцилиндре создаётся «тянущая» нагрузка, имеется вероятность неравномерного опускания штока.

Такой режим работы, например, у стрелы автокрана, где нагрузка изменяется во время движения стрелы по вертикальной плоскости.

Клапаны контроля движения изготавливаются двух типов: тарельчатого и золотникового.

Преимуществом тарельчатого клапана перед золотниковым является меньшие внутренние утечки. В случае если большее время удержания нагрузки происходит на вытянутом штоке гидроцилиндра — должен применяться тарельчатый клапан.

Подпорный клапан необходим для установки в линию гидромотора в качестве предупреждения неконтролируемой «раскрутки» гидромотора под воздействием веса груза. Когда подача насоса меньше скорости вращения гидромотора, то есть гидромотор раскручивается под собственным весом груза, торможение производится за счёт внутренней пилотной линии. Если вращение происходит за счёт нагнетания РГЖ насосом, внешняя пилотная линия приоткрывает клапан подпора, тем самым уменьшая сопротивление линии подпора. В случае применения реверсивного гидромотора в конструкции клапана подпора необходимо наличие обратного клапана. Так как клапан подпора из-из внутренних утечек не препятствует медленному вращению гидромотора, то в некоторых конструкциях гидромотора предусмотрен внутренний тормоз.

Ещё одним видом клапана для удерживания нагрузи является гидрозамок. Клапан свободно пропускает масло в одном направлении и жёстко запирает поток в обратном направлении. Открытие клапана в обратную сторону происходит только под воздействием пилотного давления. В отличие от клапана подпора, гидрозамок не имеет внутренних утечек, благодаря чему не происходит «сползания» груза под нагрузкой.

Гидрозамки используют в случаях необходимости удерживания статической нагрузки, а клапаны подпора требуются при динамической нагрузке.

Редукционные клапаны

Редукционным называют клапан, предназначенный для уменьшения давления в линии отводимой от основной и поддержания этого давления на постоянном уровне.

Редукционные клапаны используют в случае если от одной линии высокого давления питаются один или несколько потребителей, рассчитанных на меньшее рабочее давление, чем основная линия.

Редукционные клапаны, также, применяются для уменьшения или стабилизации давления питания исполнительных механизмов.

Функции редукционного клапана

Редукционные клапаны позволяют реализовать следующие функции:

  • Снижение давления в линии отводимой от основной
  • Поддержание давления на постоянном уровне
  • Ограничение давления (только для трехлинейных клапанов)

Как работает редукционный клапан

Попробуем разобраться, как работают редукционные клапаны.

Рассмотрим подробнее устройство и работу клапанов прямого и непрямого действия.

Редукционный клапан прямого действия

Принципиальная схема редукционного клапана прямого действия показана на рисунке. Рассмотрим основные элементы и принцип работы редукционного клапана.

Давление жидкости на выходе редукционного клапана в линии отводимой от основной называют редуцируемым.

Золотник 1 расположен в корпусе 2, в котором также установлена пружина 3, ее поджатие регулируется винтом 4.

Давление в напорной линии (Рн) подводится к рабочей полости золотника, не оказывая на него силового воздействия, так как площади поясков золотника равны. Осевыми силами, действующими на золотник являются сила пружины и сила, обусловленная давлением на выходе клапана (Рред). Положение золотника будет определяться силой действия пружины и редуцируемым давлением Рред. Настройка давления на выходе редукционного клапана осуществляется винтом, поджимающим пружину.

При увеличении редуцируемого давления (Рред), золотник, под действием этого давления будет смещаться (вверх по схеме), уменьшая площадь проходного сечения S, увеличивая гидравлическое сопротивление. В результате возросших потерь редуцируемое давление снизиться до величины первоначальной настройки.

При уменьшении редуцируемого давления (Рред) золотник под действие усилия пружины переместится вниз, увеличивая проходное сечение. В результате снижения потерь, давление в отводимой линии достигнет величины настройки.

Читайте также:  Как проверить герметичность труб? Проведение опрессовки трубопроводов

В редукционном клапане прямого действия на золотник с одной стороны воздействует пружина, а с другой – редуцируемое давление. Усилие пружины зависит от степени ее сжатия, то есть от положения золотника, которое, в свою очередь, зависит от расхода на выходе клапана. В связи с этим при увеличении расходе через редукционный клапан прямого действия будет уменьшаться редуцируемое давление.

Эта особенность работы клапанов прямого действия может оказывать существенное влияние на работу клапана при больших величинах расхода. Поэтому для работы при больших расходах используют редукционные клапаны непрямого действия.

Редукционный клапан непрямого действия

Использование редукционных клапанов непрямого действия позволяет уменьшить влияние расхода на давление.

Схема клапана редукционного непрямого действия показана на рисунке.

Жидкость подводится в клапан через отверстие 9, пройдя через зазор между золотником 5 и седлом в корпусе, жидкость поступает в отовдимую линию 10. Давление жидкости в отводимой линии воздействует на нижний торец золотника. Жидкость из отводимой линии, к тому же, через постоянный дроссель 4 подводится к верхнему торцу золотника и к шарику 1, поджатому пружиной 2, усилие поджатия регулируется винтом 6. Линия 7 соединяется со сливом.

Положение золотника 5 определяется соотношением сил давления в отводимой линии (редуцируемого) и давления в камере 8.

Величина давления в камере 8 зависит от настройки пружины 2, то есть величину давления настройки клапан можно регулировать винтом 6.

В случае увеличения давления в линии отводимой от основной выше давления настройки, шарик отодвинется от седла, пропуская часть жидкости на слив. В результате появления расхода через дроссель 4, давление на верхний торец золотника снизится (из-за потерь на дросселе), золотник под действием редуцируемого давления переместится вверх, уменьшая проходное сечение, что вызовет снижение редуцируемого давления до величины настройки.

Как изображается редукционный клапан на гидросхемах

На гидравлических схемах редукционный клапан показывают в виде квадрата со стрелкой, указывающей направление жидкости, также на схеме показана регулируемая пружина и управление с линии выхода (пунктиром). Пример обозначения редукционного клапана показан на следующем рисунке.

Чем редукционный клапан отличается от предохранительного

Редукционные и предохранительные клапаны позволяют регулировать давление, некоторые модели этих устройств производятся в корпусах схожей формы, они регулируется с помощью винта, регулирующего поджатие пружины, их гидравлические схемы состоят из похожих элементов. По этим причинам эти клапаны можно перепутать. Хотя различий у редукционных и предохранительных клапанах гораздо больше, они различаются как по конструкции, принципу действия и назначению.

Пожалуй главным различием является то, что предохранительный клапан управляется давлением на входе (из линии Р), а на золотник редукционного клапана управляющее воздействие оказывает давление на выходе клапана (из линии А). Это отражено и на гидравлической схеме клапана, пунктирная линия управления на схеме редукционного клапана подведена к выходу, а на схеме предохранительного – ко входу.

Функции этих клапанов также различны, клапан предохранительный защищает гидравлическую систему от чрезмерно высоко давления, клапан редукционный снижает давление в линии отводимой от основной и поддерживает давление в этой линии на постоянном уровне.

Редукционный клапан давления

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

Рн воздействует на обе поверхности камеры золотника с равной силой и не вызывает его продольного перемещения. Рред 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 Рред поршень будет двигаться вверх, постепенно перекрывая просвет входного патрубка, при этом будет снижаться и подача рабочей среды, снижая, таким образом, Рред.

Как только Рред снизится до заданной величины, пружина начнет отжимать поршень вниз, увеличивая просвет и поступление рабочей среды. Рн 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 Рред 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 Рред 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 (Рн). Для него не имеет значения расход рабочей среды, проходящей через клапан. Это устройство эпизодического действия.

Редуктор же должен независимо от Рн поддерживать постоянное давление на выходе. Он управляется выходным Рред. 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.
Читайте также:  Зачем необходим обратный клапан для аквариума?

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.

Соленоидный электромагнитный клапан: где используется + виды и принцип работы

Помимо обычных ручных вентилей в магазине также можно увидеть соленоидный электромагнитный клапан автоматического действия. Он позволяет не только управлять током жидкостей и газов в трубопроводах на расстоянии, но и автоматизировать этот процесс.

Такие устройства различаются по внутренней конструкции и назначению. Однако принцип работы у всех них одинаков – закрытие/открытие крана происходит за счет срабатывания электромагнита.

В этой статье рассмотрим, зачем нужен такой клапан и как он работает. Также поговорим об основных разновидностях соленоидных электроклапанов.

Зачем нужен электромагнитный клапан?

Соленоидные вентили – категория современной запорной арматуры для трубопроводов самого разного назначения. В быту подобные электроклапаны применяются в автомашинах, спецтехнике, водопроводах и системах автополива и отопления.

Также они широко используются в промышленности для регулировки тока и контроля транспортировки разнообразных жидкостей и газов.

Внутри электромагнитный клапан для воды или газа каких-либо датчиков не имеет. С его помощью можно лишь регулировать либо полностью перекрывать поток рабочей среды. Если требуется автоматизация данных процессов, то придется дополнительно ставить внешние измерительные приборы, завязывая работу электроклапана уже на них.

К примеру, использовать дополнительно в связке контроллер и датчик протечки воды, чтобы в момент обнаружения протечки соленоидный клапан получил соответствующую команду от контроллера и перекрыл трубопровод.

Среди достоинств использования соленоидных клапанов числятся:

  • быстрая регулировка тока рабочей среды по трубопроводу;
  • универсальность и надежность устройства;
  • длительный срок эксплуатации;
  • небольшие размеры и малый вес;
  • многообразие разновидностей прибора.

Срабатывание клапана происходит буквально за доли секунды после подачи на это сигнала. Он рассчитан на работу с жидкостями под разным давлением, от 0 до 25 бар, и с меняющейся температурой, от -20 до +120 °С. При этом в обесточенном состоянии такой электроклапан может оставаться как в закрытом положении, так и открытом – все зависит от модификации прибора.

В водопроводах он позволяет автоматически перекрыть подачу воды при порыве труб. А в отопительных системах такой вентиль используется в качестве устройства регулировки потока теплоносителя.

Здесь он по внешнему датчику температуры самостоятельно уменьшает либо увеличивает ток нагретой жидкости от котла к радиаторам.

Как работает вентиль с соленоидом?

Состоит соленоидный электроклапан из:

  • корпуса стального, чугунного, латунного либо полимерного;
  • индукционной катушки с сердечником (соленоида);
  • рабочего запорного элемента;
  • уплотнителя;
  • демпфирующей пружины.

Индукционная катушка из меди внутри запорного устройства расположена в герметичном корпусе, куда воде доступ закрыт. Перекрытие либо открытие канала тока рабочей среды происходит за счет выдвигающегося под действием соленоида штока и мембраны.

В обесточенном состоянии под воздействием пружины вентиль полностью перекрывает канал тока либо оставляет его полностью открытым. Далее, после подачи напряжения на катушку, происходит смещение сердечника со штоком, в результате чего поперечное сечение данного протока увеличивается/уменьшается.

Общий принцип работы рассматриваемого электромагнитного клапана прост – движение штока происходит в нем за счет электромагнитной индукции. При протекании электрического тока по катушке, на находящийся в ее центре сердечник воздействует электромагнитное поле, сила и направление которого зависят от приложенного напряжения в вольтах.

В результате и происходит смещение запорного элемента и изменение проходного сечения вентиля.

Электроклапаны с низким управляющим напряжением рассчитаны на работу в трубопроводах малого диаметра и с малым напором рабочей среды. Сфера их применения достаточно ограниченна.

Зато такие вентили проще встраивать в систему управления на низковольтных полупроводниковых устройствах и подключать к различным микроконтроллерам. В водопроводах и контурах отопления частных домов обычно используют именно их.

Разновидности соленоидных электроклапанов

Существует несколько разновидностей рассматриваемого устройства. Классифицируются такие приборы по материалу изготовления корпуса, конструкции и положению в обесточенном состоянии запора внутри, типу уплотнителя и способу подключения к трубам.

Каждый из этих вариантов рассчитан на работу с определенной средой по составу, температуре и давлению. Подбирать соленоидный электроклапан надо внимательно. Если взять несоответствующий требованиям прибор, то долго он не прослужит.

По способу подсоединения соленоидные электроклапаны делятся на:

А по размеру они могут быть от 6 до 150 DN (от 1/8 до 6 дюймов). Вариант найдется для любого трубопровода.

Корпус рассматриваемых электроклапанов выполняется из:

  • пластика (усиленного PPA, PVC, нейлона);
  • нержавеющей стали;
  • латуни;
  • чугуна.

У каждого из этих вариантов свои характеристики по давлению и температуре рабочей среды. Данные цифры следует внимательно изучать в паспорте прибора, чтобы не ошибиться с выбором. При этом для водопровода или отопления в частном доме подойдет любая из вышеперечисленных вариаций.

Классификация #1 — по внутреннему устройству

Клапаны по конструкции управляющего элемента делятся на три группы:

Электромагнитные клапаны в бытовом исполнении обычно делаются с мембраной. Это дешевый и надежный вариант, который без проблем справляется с регулировкой потока воды в бытовых системах отопления и водоснабжения.

Основное разделение соленоидных клапанов осуществляется по положению запорного механизма при обесточенном электромагните.

По этому параметру соленоидные электроклапаны делятся на:

  • нормально закрытые, клапан закрыт (НЗ);
  • нормально открытые, клапан открыт (НО);
  • бистабильные.

В первом случае, пока на соленоид не подано напряжение, сердечник за счет давления пружины опущен вниз и тока воды нет. Во втором случае, при обесточенном состоянии прибора, канал наоборот полностью открыт, а закрытие его происходит только после подачи питания.

Третий вариант – положение может быть как открытым, так и закрытым.

Классификация #2 — по принципу функционирования

Функционально соленоидные электроклапаны для воды на 220 В и иного вольтажа бывают:

Первые имеют лишь один патрубок подсоединения к трубопроводу. Это предохранительные устройства, рассчитанные на выпуск пара или воды при слишком высоком давлении в трубах.

Трехходовые устройства идут с тремя патрубками для подсоединения к трубам. Такие варианты предназначены для перенаправления потока из одного трубопровода в другой.

Наиболее широко трехходовые клапаны применяют в отопительных системах. Подобные приборы позволяют легко произвести переток теплоносителя из одного контура в другой для смешения рабочей среды.

В итоге, температура воды в системе меняется, а источник тепловой энергии продолжает работать без изменения режима.

Также электромагнитные клапаны бывают:

  • прямого действия;
  • непрямого действия.

В первых сердечник передвигается исключительно под воздействием электромагнита. Во вторых – на его перемещение также влияет давление рабочей среды.

Классификация #3 — по материалу уплотнителя и мембраны

Внутри корпуса электромагнитного клапана расположена мембрана, которая перекрывает ток воды. Плюс, между катушкой и основным с патрубками расположен уплотнитель. Оба этих элемента делаются из эластичных полимерных материалов.

Уплотнитель в электроклапанах может быть выполнен из:

  • FPM (FKM, VITON) – фторэластомера;
  • EPDM – этилен-пропиленового эластомера;
  • NBR – бутадиен-нитрильного каучука.

Первый вариант отличается высокой максимальной температурой рабочей среды и стойкостью к маслам и бензинам. Второй – дешев и устойчив к воздействию растворенным в воде солям, щелочам и кислотам. Третий – спокойно переносит контакт с нефтепродуктами, обычно применяется в промышленности и автомобилях.

На цену электромагнитного клапана данный материал влияет не сильно. Детали из него слишком малы в размере. Выбирать тип уплотнителя и мембраны следует исходя исключительно из характеристик рабочей среды.

Термические свойства уплотнителей представлены в следующей таблице:

Обозначение уплотнителяFPMEPDMNBR
Название материалаФторкаучукЭтилен-пропиленовый каучукБутадиен-нитрил-каучук
Диапазон рабочих температур, ° С-30…+150-40…+140-10…+80

При этом в любом случае особое внимание при эксплуатации электроклапана следует уделить отсутствию примесей в воде.

Песок и ржавчина в трубах рано или поздно испортят любую мембрану, независимо от материала ее исполнения. Устанавливать рассматриваемое устройство можно только при наличии в трубопроводе фильтра.

Выводы и полезное видео по теме

Обзор устройства соленоидного клапана:

Как устроен и работает электроклапан на 220 В прямого действия:

Виды электромагнитных клапанов по принципу срабатывания:

Соленоидный вентиль дистанционного управления неприхотлив и надежен в работе. Он рассчитан на несколько десятков тысяч срабатываний (исправно проработает 20–25 лет) и не требует специализированного обслуживания.

Стоит такое устройство под воду в пределах 3–6 тысяч рублей, но помогает решить многие проблемы. При этом самостоятельно смонтировать его не сложно, надо лишь правильно выбрать подобный клапан по характеристикам и материалам.

Хотите дополнить изложенный выше материал полезными сведениями или указать на несоответствие или ошибку? Или хотите дать рекомендации по выбору оптимальной модели соленоидного электроклапана? Пишите, пожалуйста, свои советы и замечания в блоке комментариев.

Если у вас остались вопросы по теме статьи, задавайте их нашим экспертам внизу под этой публикацией.

Добавить комментарий