Кіріспе

Ағынды басқару құрылғысы
Ағынды басқару құрылғысы

Клапан – әртүрлі жолдарды ашу, жабу немесе ішінара бөгеу арқылы сұйықтық (газдар, сұйықтықтар, ұйытылған қатты заттар немесе суспензиялар) ағынын реттейтін, бағыттайтын немесе басқаратын құрылғы немесе табиғи нысан. Клапандар техникалық тұрғыдан фитингтер болып табылады, бірақ көбінесе жеке категория ретінде қарастырылады. Ашық клапанда сұйықтық жоғары қысымнан төмен қысымға қарай ағып тұрады. Бұл сөз латын тіліндегі valva сөзінен шыққан, ол есіктің қозғалатын бөлігін білдіреді, ал valva сөзі volvere – бұру, айналдыру сөзінен туындаған. Ең қарапайым және көне клапан – сұйықтық (газ немесе сұйықтық) ағынын бір бағытта бөгеу үшін төмен қарай иілгіш жалақша, ал ағын қарама-қарсы бағытта жылғанда жоғары итеріледі. Бұл кері клапан деп аталады, себебі ол бір бағыттағы ағынды тоқтатады немесе "тексеріп" отырады. Қазіргі заманғы басқару клапандары қысымды немесе ағынды төмен жағында реттеуге және күрделі автоматтандыру жүйелерінде жұмыс істеуге қабілетті. Клапандардың қолданылу аясы кең: суармалау үшін суды басқару, өнеркәсіптік процестерді басқару, тұрмыста қолданылуы – қосу/өшіру және ыдыс жуғыш, кір жуғыш машиналар мен үй шаруашылығындағы крандардағы қысымды басқару. Клапандар сонымен қатар әскери және көлік салаларында қолданылады. Жылу жүйелеріндегі (HVAC) және басқа да атмосфералық ауа ағынында клапандар демпферлер деп аталады. Ал қысылған ауа жүйелерінде ең көп қолданылатын шарлы клапандар болып табылады.

Қолданбалар

Клапандар су және кәрізді өңдеу, кен өндіру, электр энергиясын өндіру, мұнай, газ және мұнай өңдеу, азық-түлік өндірісі, химиялық және пластик өндіріс сияқты барлық өнеркәсіптік процестерде кездеседі. Дамыған елдердегі адамдар клапандарды күнделікті өмірде қолданады, оның ішінде су құбыры клапандарын (мысалы, ішу суына арналған крандар), газ плиталарындағы газды басқару клапандарын, кір жуғыш және ыдыс жуғыш машиналарға орнатылған кішкентай клапандарды, ыстық су жүйелеріндегі қауіпсіздік құрылғыларын және автомобильдердегі қозғалтқыштардағы құлақша клапандарын пайдаланады. Табиғатта да клапандар бар, мысалы, қан айналымын бақылайтын тамырлардағы бір жақты клапандар, ал жүрек камераларындағы қан ағынын бақылап, жүректің дұрыс соруын қамтамасыз ететін жүрек клапандары. Клапандар қолмен, тұтқа, рычаг, педаль немесе дөңгелек арқылы басқарылуы мүмкін. Сондай-ақ клапандар автоматты түрде де жұмыс істей алады, олар қысым, температура немесе ағын өзгерген кезде іске қосылады. Бұл өзгерістер диафрагмаға немесе поршеньге әсер етіп, клапанды іске қосады. Мұндай клапанға мысал – ыстық су жүйелеріне немесе қазандықтарға орнатылған қауіпсіздік клапандары. Сыртқы сигналға негізделген автоматты басқаруды қажет ететін күрделі басқару жүйелері (мысалы, құбыр арқылы ағынды өзгермелі мәнге реттеу) іске қосу механизмін (актуатор) қажет етеді. Актуатор клапанды оның кірісі мен параметрлеріне сәйкес қозғайды, бұл клапанды дәл орналастыруға және түрлі талаптарды бақылауға мүмкіндік береді.

Түрлілігі

Клапандар формасы және қолданылуы бойынша кең ауқымды әртүрлілікке ие. Олардың өлшемдері әдетте 0,1 мм-ден 60 см-ге дейін жетеді. Арнайы клапандардың диаметрі 5 метрден асуы мүмкін. Клапан құны қарапайым, арзан, бір рет қолданылатын клапандардан бастап, диаметрінің дюйміне мыңдаған доллар (АҚШ) тұратын мамандандырылған клапандарға дейін өзгереді. Бір рет қолданылатын клапандарды шағын сорғы диспенсерлері мен аэрозоль баллондары сияқты үй шаруашылығының көптеген заттарында кездестіруге болады. "Клапан" термині көбінесе қазіргі заманғы ішкі жану қозғалтқыштарында қолданылатын, мысалы, жанармаймен жұмыс істейтін көлік құралдарындағы, жанар-ауа қоспасын басқаруға және ішкі газды шығаруға арналған шашақ клапандарын білдіреді.

Құралымдары

Әдеттегі клапанның негізгі бөліктері – корпус және қақпақ. Бұл екі бөлік клапаннан өтетін сұйықтықты сақтайтын қабысқаны құрайды.

Денесі

Клапан корпусы – клапанның ішкі бөліктері немесе жиектері орналасқан сыртқы қаптамасы. Капот – бұл сабақтың (төменде қараңыз) өтетін жері және сабақтың бағыттауышы мен тығыздағышы болып табылатын бөлігі. Капот әдетте клапан корпусына бұралады немесе болттармен бекітіледі. Клапан корпустары көбінесе металл немесе пластиктен жасалады. Мыс, қола, латунь, құйма темір, болат, легирленген болаттар және тот баспайтын болаттар жиі қолданылады. Теңіз суын пайдаланатын, мысалы, тұзды суды ажырату станцияларында, олардың коррозияға төзімді қасиеттеріне, әсіресе жылы теңіз суына қатысты, дуплекс және супер дуплекс клапандары көбінесе қолданылады. Күкірт қышқылы зауыттарында әдетте АЛОЙ 20 клапандары, ал фторсутек қышқылы зауыттарында монель клапандары қолданылады. Жоғары температурада жұмыс істейтін, мысалы, атом электр станцияларында гастеллой клапандары, ал сутек қолданылатын жерлерде инконел клапандары жиі қолданылады. Пластмассадан жасалған корпустар салыстырмалы түрде төмен қысым мен температурада қолданылады. Клапан корпустарында PVC, PP, PVDF және шыны талшықтарымен нығайтылған нейлон сияқты пластиктер жиі қолданылады.

Бас киім

Капот клапан корпусының үстіне жабылатын қақпақ ретінде қызмет етеді. Ол көбінесе клапан корпусына жартылай бекітіліп бұралады немесе болттармен бекітіледі. Клапан дайындалған кезде ішкі бөлшектері корпусқа салынады, содан кейін барлық ішкі бөліктерді бірге ұстап тұру үшін капот орнатылады. Клапанның ішкі бөлшектеріне қол жеткізу үшін пайдаланушы капотты ажыратады, әдетте техникалық қызмет көрсету мақсатында. Көптеген клапандарда капот болмайды; мысалы, тығынды клапандарда әдетте капот табылмайды. Көптеген шарлы клапандарда да капот жоқ, себебі клапан корпусы басқа тәсілмен жиналады, мысалы клапан корпусының ортасынан бұралып бекітіледі.

Порттар

Порттар – сұйықтықтың клапан арқылы өтуіне мүмкіндік беретін өткелдер. Ағынды реттеу үшін клапанның бөлігі немесе дискі порттарды жабады. Клапандардың көбінесе 2 порты болады, бірақ 20-ға дейін де болуы мүмкін. Клапанның порттары көбінесе құбырларға немесе басқа да бөліктерге қосылады. Қосылу тәсілдері: бұрандалы қосылыстар, қысымды фитингтер, желім, цемент, фланецтер немесе дәнекерлеу.

Тұтқа немесе іске қосу құрылғысы

Клапанды клапан корпусынан тыс жерден қолмен басқару үшін тұтқа пайдаланылады. Автоматты түрде басқарылатын клапандарда көбінесе тұтқа болмайды, бірақ кейбіреулері автоматты басқаруды қолмен күшпен өзгерту үшін тұтқаны (немесе осыған ұқсас нәрсені) сақтайды, мысалы, тоқтату-кері клапаны. Активатор – клапанды корпустан тыс жерден автоматты түрде немесе қашықтан басқаруға арналған механизм немесе құрылғы. Кейбір клапандарда тұтқа да, активатор да болмайды, себебі олар өздерін іштен автоматты түрде басқарады; мысалы, кері клапандар мен қысымды түсіретін клапандарда мұндай жағдай болуы мүмкін.

Диск

Диск, сондай-ақ клапан мүшесі деп аталады, клапан арқылы өтетін ағынды реттейтін жылжымалы кедергі болып табылады. Дәстүрлі түрде диск пішінде болғанымен, дисктер әртүрлі пішінде болуы мүмкін. Клапан түріне байланысты, диск клапан ішінде түзу сызықпен қозғалуы, сабақта (мысалы, кешпе клапанда) немесе ось немесе тіреуде (мысалы, кері ағынды тоқтату клапанында) айналуы мүмкін. Шақ – бір немесе бірнеше арналары бар дөңгелек клапан мүшесі, олар порттар арқылы өтеді. Шақты айналдыру арқылы ағынды әртүрлі порттар арасында бағыттауға болады. Шарықты клапандар сұйықтық өтуі үшін цилиндрлі тесігі бар шар тәрізді роторларды пайдаланады. Тік клапандар цилиндрлі немесе конус тәрізді пішіндес роторларды пайдаланады. Ротор клапандарында ротор клапан корпусының ішінде айнала алатын болса, ротордың басқа да дөңгелек пішіндері болуы мүмкін. Дегенмен, барлық дөңгелек немесе шар тәрізді дисктер ротор болып табылмайды; мысалы, шарлы кері ағын тоқтату клапаны кері ағынды тоқтату үшін шарды қолданады, бірақ клапанды басқару шардың айналуын қамтамайды, сондықтан ол ротор емес.

Сабағы

Сабақ тұтқадан немесе басқару құрылғысынан дискіге қозғалыс жеткізеді. Сабақ, әдетте, капот болған жағдайда, оның ішінде орналасады. Кейбір жағдайларда сабақ пен диск бір бөлікке біріктірілуі мүмкін, немесе сабақ пен тұтқа бір бөлікке біріктіріледі. Сабақ арқылы берілетін қозғалыс – сызықтық күш, айналу моменті немесе олардың кез келген комбинациясы болуы мүмкін (момент реакторы тіректері мен хаб жинағы қолданылатын бұрыштық клапан). Клапан мен сабақ бұрандалы қосылысқа ие болуы мүмкін, осылайша сабақты клапанға бір немесе екінші бағытта бұрап, дискіні дене ішінде алға немесе артқа жылжытуға болады. Сабақ пен капот арасында тығыздағыш жиі қолданылады, ол тығыздықты сақтауға көмектеседі. Кейбір клапандарда сыртқы басқару болмайды және көп жағдайда кері клапандардағыдай сабақ қажет емес. Дискісі орындық пен сабақтың арасында орналасқан және сабақ клапанға ішке қарай жылжып, оны жабатын клапандар әдетте орындықта немесе алдыңғы орындықта орналасады. Орындығы диск пен сабақтың арасында орналасқан және сабақ клапаннан сыртқа қарай жылжып, оны жабатын клапандар кері немесе артқы орындықта орналасады. Бұл терминдер сабағы жоқ клапандарға немесе роторларды пайдаланатын клапандарға қолданылмайды.

Жабдықтар

Жапсырмалар – газ немесе сұйықтықтардың клапандардан шығуына жол бермеу үшін қолданылатын механикалық тығыздағыштар немесе төсемдер.

Клапан шарлары

Клапан шары ауыр жұмыс жағдайларында, жоғары қысымда және жоғары талаптарға сай қолданылады. Олар әдетте тот баспайтын болаттан, титаннан, стеллиттен, гастеллойдан, мыстан немесе никельден жасалады. Сонымен қатар, АБС, ПВХ, ПП немесе ПВДФ сияқты түрлі пластиктен де жасалуы мүмкін.

Көктем

Көптеген клапандарда серіппелі жүктеме үшін серіппе болады, ол дискіні әдетте бастапқы күйде белгілі бір жағдайға жылжытады, бірақ оны басқару арқылы қайта орналастыруға мүмкіндік береді. Басып шығару клапандары көбінесе клапанды жабық ұстау үшін серіппені пайдаланады, бірақ артық қысым клапанды серіппеге қарсы ашуға мәжбүрлейді. Көбінесе спиральді серіппелер қолданылады. Серіппелерді жасауға қалыпты материалдарға мырышталған болат, тот баспайтын болат және жоғары температурада қолдану үшін Inconel X750 жатады.

Қалқыңыз

Клапанның ішкі элементтері жиынтығы клапанның жиегі деп аталады. API 600 стандартының "Стальды қақпа клапандары – фланцты және дәнекерленетін ұштары, бұрандалы қақпақшалар" бөліміне сәйкес, жиек тұтқадан, корпустағы орындық бетінен, қақпаның орындық бетінен, гильзадан немесе артқы орындық пен тұтқа тесігіне жатқан дәнекерленген қабаттан, сондай-ақ әдетте жұмыс сұйықтығымен жанасатын кішкентай ішкі бөлшектерден тұрады, бірақ тұтқа мен қақпаны байланыстыру үшін қолданылатын штифтке кірмейді (осы штифт аустениттік тот баспайтын болаттан жасалуы керек).

Клапанның жұмыс істеу орындары

Клапанның орналасуы – клапандағы диск немесе ротордың қалпымен анықталатын жұмыс жағдайлары. Кейбір клапандар екі немесе одан көп қалптар арасында біртіндеп өзгеру үшін жасалады. Қайтару клапандары және бір бағытты клапандар сұйықтықты тиісінше 2 немесе 1 бағытта қозғалуға мүмкіндік береді.

Екі порты бар клапандар

2 портты клапанның жұмыс жағдайлары жабық (жабық) болуы мүмкін, яғни ағын мүлдем болмайды, максималды ағын үшін толық ашық немесе кейде аралық деңгейде жартылай ашық болуы мүмкін. Көптеген клапандар ағынның аралық деңгейін дәл басқаруға арналмаған; мұндай клапандар ашық немесе жабық деп есептеледі. Кейбір клапандар ағынның әртүрлі көлемін реттеу үшін арнайы жасалған. Мұндай клапандар реттегіш, тұншықтыратын, дозаторлық немесе инелі клапандар сияқты түрлі атаулармен белгіленеді. Мысалы, инелі клапандар созылған конустық дискілерге және нақты ағынды басқару үшін сәйкес келетін отырғыштарға ие. Кейбір клапандарда клапанның қаншалықты ашық екенін көрсететін механизм болуы мүмкін, бірақ көп жағдайда ағын мөлшерін көрсету үшін жеке ағын өлкіштері сияқты басқа индикаторлар қолданылады. Қашықтан басқарылатын процестері бар өсімдіктерде, мысалы мұнай өңдеу және мұнай-химиялық зауыттарында, кейбір 2 жолды клапандар қалыпты жұмыс кезінде әдетте жабық (NC) немесе әдетте ашық (NO) деп тағайындалуы мүмкін. Әдетте жабық клапандардың мысалы – сынама алу клапандары, олар тек сынама алынғанда ғана ашылады. Әдетте жабық клапандардың тағы бір мысалы – авариялық тоқтату клапандары, олар жүйе жұмыс істеп тұрғанда ашық күйде ұсталады және қуат көзі алынғанда автоматты түрде жабылады. Бұл жүйедегі сұйықтық жүйесінің бір бөлігінде немесе бөлімінде, мысалы, ақаулық болған жағдайда, проблеманы қалған жүйеден оқшаулау үшін жасалады. Әдетте ашық клапандардың мысалы – тазарту газын беру клапандары немесе авариялық төгілу клапандары. Проблема туындаған кезде бұл клапандар ашылады (оларды «өшіру» арқылы), бұл агрегатты тазартуға және босатуға әкеледі. Көптеген 2 жолды клапандар екі порт арасында екі бағытта да ағынға мүмкіндік берсе де, клапан белгілі бір қолдану үшін орналастырылғанда, ағын клапанның кіреберіс жағындағы белгілі бір порттан шығыс жағындағы екінші портқа баруы күтіледі. Қысымды реттегіштер – бұл ағынды белгілі бір шығыс қысымын жасау үшін басқаратын клапанның түрі, мүмкіндігі болса. Олар көбінесе газ баллонынан газ ағынын басқару үшін қолданылады. Кері қысымды реттегіш – бұл ағынды белгілі бір кіреберіс қысымын сақтау үшін басқаратын клапанның түрі, мүмкіндігі болса.

Үш порты бар клапандар

Үш порты бар клапандар көптеген түрлі функцияларды атқарады. Мүмкіндіктердің бірнешеуі төменде келтірілген. Үш жолды шарлы клапандар ротордың ішінде Т немесе L пішіндес сұйықтық өткізгіштерімен жабдықталған. T клапаны бір кіреберістің бір немесе екі шығуға қосылуына немесе екі шығудың қосылуына мүмкіндік береді. L клапаны екі кіреберістің екеуін де ажыратуға немесе біреуін ғана шығуға қосуға мүмкіндік береді, бірақ екеуін бірдей емес. Шаттл клапандары жоғары қысымды кіреберісті автоматты түрде шығуға қосып, (кейбір конструкцияларда) бір кіреберістен екіншісіне ағынның өтуін қамтамасыз етпейді. Бір тұтқалы араластырғыш клапандар бір тұтқамен басқарылатын өзгермелі ағын жылдамдығымен ыстық және суық судың араластырылған қоспасын шығарады. Термостаттық араластыру клапандары ыстық және суық суды араластырып, екі кіріс портындағы өзгермелі қысым мен температураға қарамастан тұрақты температураны қамтамасыз етеді.

Төрт порты бар клапандар

4 портты клапан – корпусының айналасында тең арақашықтықта орналасқан төрт порты бар, ал дискісінде жанындағы порттарды қосу үшін екі арнасы бар клапан. Ол екі күйде жұмыс істейді. Оны қысымды су жүйесіне орнатылған сынама алу цилиндрін оқшаулау және бір мезгілде одан айналып өту үшін қолдануға болады. Гидравликалық жүйенің қысымын өзгертпей, сұйықтықтан сынама алуға және газдың шығуына (ақаусыздық, газдың жоғалуы немесе ауаның кіруі, сыртқы ластану) жол бермейді.

Бақылау

Көптеген клапандар тұтқасы бар сабақ арқылы қолмен басқарылады. Егер тұтқа жұмыс жағдайлары арасында тоқсан градусқа бұрылса, онда бұл клапан төрттен бір айналым клапаны деп аталады. Көбінесе, бұрыштық, шарлы және тығыздағыш клапандар төрттен бір айналым клапандары болып табылады. Егер тұтқа дөңгелек пішіндес және сабақ айналу осі ретінде дөңгелек ортасында орналасса, онда тұтқа қол дөңгелегі деп аталады. Клапандарды тұтқаға бекітілген инерциялық құрылғылар арқылы да басқаруға болады. Бұлар электрмоторы немесе соленоид, ауа қысымымен басқарылатын пневматикалық, немесе май немесе су сияқты сұйықтық қысымымен басқарылатын гидравликалық инерциялық құрылғылар сияқты электромеханикалық инерциялық құрылғылар болуы мүмкін. Инерциялық құрылғылар автоматты басқару мақсатында, мысалы, кір жуатын машина циклдарында, қашықтан басқару үшін, мысалы, орталық басқару бөлмесін пайдалануда, немесе қолмен басқару қиын болған жағдайларда, мысалы, клапан өте үлкен болғанда қолданылуы мүмкін. Пневматикалық және гидравликалық инерциялық құрылғылардың жұмыс істеуі үшін қысымды ауа немесе сұйықтық желілері қажет: кіріс және шығыс желілері. Бағыттағыш клапандар – басқа клапандарды басқаруға қолданылатын клапандар. Инерциялық құрылғыларға ауа немесе сұйықтық беруді инерциялық желілердегі бағыттағыш клапандар басқарады. Даламат су багындағы толтыру клапаны – сұйық деңгейімен инерцияланатын клапан. Су деңгейі жоғары жеткен кезде, бакты толтыратын клапан механизм арқылы жабылады. Кейбір клапан конструкцияларында ағын сұйықтығының өзінің қысымы немесе порттар арасындағы ағын сұйықтығының қысым айырмасы клапан арқылы ағынды автоматты түрде басқарады.

Басқа да ескертулер

Клапандардың ең жоғары температурасы мен қысымы әдетте өндірушімен көрсетіледі. Клапанның ылғалданған материалдары да әдетте анықталады. Өте жоғары қысымға төтеп бере алатын кейбір клапандар да бар. Егер жобалаушы, инженер немесе пайдаланушы клапанды қолдануға шешім қабылдаса, ол клапанның көрсетілген ең жоғары температурасы мен қысымын ешқашан асырмауын және ылғалданған материалдардың клапан ішкі кеңістігіне тиетін сұйықтықпен үйлесімді болуын қамтамасыз етуі керек. Еуропада клапан конструкциясы және қысым кластары 97/23/EC (PED) Қысымды жабдықтар директивасымен реттеледі. Химиялық немесе электр станциялары сияқты кейбір сұйықтық жүйелері құбырлар мен аспаптар схемаларында схемалық түрде көрсетіледі. Мұндай схемаларда клапанның әртүрлі түрлері белгілі бір белгілермен бейнеленеді. Жақсы жағдайдағы клапандар ақаусыз болуы керек. Дегенмен, клапандар пайдалану барысында тозығып, клапанның ішкі және сыртқы бөліктері арасында, немесе клапан ағынды тоқтату үшін жабық болғанда диск пен ұя арасында ағып кетуі мүмкін. Ұя мен диск арасындағы бөлшектер де осындай ағып кетуге себеп болуы мүмкін.