Запорная арматура: клапан-бабочка и его разновидности.

Введение

Устройство регулирования потока

Клапан-бабочка — это клапан, который перекрывает или регулирует поток жидкости. Запирающий элемент — вращающийся диск.

Принцип действия

Работает аналогично шаровому клапану, обеспечивая быстрое перекрытие потока. Бабочковые клапаны обычно предпочтительнее из-за их более низкой стоимости по сравнению с другими конструкциями клапанов, а также меньшего веса, что снижает требования к опорным конструкциям. Диск расположен в центре трубы. Шток проходит через диск к приводу, расположенному снаружи клапана. Вращение привода поворачивает диск параллельно или перпендикулярно потоку. В отличие от шарового клапана, диск постоянно находится в потоке, что вызывает перепад давления даже в открытом положении. Бабочковый клапан относится к семейству клапанов, называемых четвертьоборотными клапанами. В процессе работы клапан полностью открыт или закрыт при повороте диска на четверть оборота. "Бабочка" представляет собой металлический диск, установленный на штоке. В закрытом положении диск поворачивается таким образом, чтобы полностью перекрывать проход. В полностью открытом положении диск поворачивается на четверть оборота, обеспечивая практически неограниченный проход жидкости. Клапан также может открываться постепенно для регулирования расхода. Существуют различные типы бабочковых клапанов, каждый из которых адаптирован для различных давлений и областей применения. Бабочковый клапан с нулевым смещением, использующий гибкость резины, имеет наименьший предел давления. Высокопроизводительный двухэксцентриковый бабочковый клапан, применяемый в системах с немного более высоким давлением, имеет смещение от центральной линии дискового уплотнения и уплотнения корпуса (первый эксцентрик) и от центральной линии проходного отверстия (второй эксцентрик). Это создает кулачковый механизм в процессе работы, поднимающий уплотнение из контакта, что снижает трение по сравнению с конструкцией с нулевым смещением и уменьшает его износ. Клапан, наиболее подходящий для систем высокого давления, – трехэксцентриковый бабочковый клапан. В этом клапане смещена ось контакта диска с уплотнением, что практически исключает скользящий контакт между диском и уплотнением. В случае трехэксцентриковых клапанов уплотнение изготавливается из металла, что позволяет обрабатывать его для обеспечения герметичного перекрытия при контакте с диском.

Operation is similar to that of a ball valve, which allows for quick shut off. Butterfly valves are generally favored because they cost less than other valve designs, and are lighter weight so they need less support. The disc is positioned in the center of the pipe. A rod passes through the disc to an actuator on the outside of the valve. Rotating the actuator turns the disc either parallel or perpendicular to the flow. Unlike a ball valve, the disc is always present within the flow, so it induces a pressure drop, even when open. A butterfly valve is from a family of valves called quarter turn valves. In operation, the valve is fully open or closed when the disc is rotated a quarter turn. The "butterfly" is a metal disc mounted on a rod. When the valve is closed, the disc is turned so that it completely blocks off the passageway. When the valve is fully open, the disc is rotated a quarter turn so that it allows an almost unrestricted passage of the fluid. The valve may also be opened incrementally to throttle flow. There are different kinds of butterfly valves, each adapted for different pressures and different usage. The zero offset butterfly valve, which uses the flexibility of rubber, has the lowest pressure rating. The high performance double offset butterfly valve, used in slightly higher pressure systems, is offset from the center line of the disc seat and body seal (offset one), and the center line of the bore (offset two). This creates a cam action during operation to lift the seat out of the seal resulting in less friction than is created in the zero offset design and decreases its tendency to wear. The valve best suited for high pressure systems is the triple offset butterfly valve. In this valve, the disc seat contact axis is offset, which acts to virtually eliminate sliding contact between disc and seat. In the case of triple offset valves the seat is made of metal so that it can be machined such as to achieve a bubble tight shut off when in contact with the disc.

Типы

Концентрические бабочковые клапаны – этот тип клапана имеет эластичное резиновое седло с металлическим диском. Двухэксцентричные бабочковые клапаны (высокопроизводительные бабочковые клапаны или бабочковые клапаны с двойным смещением) – для седла и диска используются различные типы материалов. Трёхэксцентричные бабочковые клапаны (бабочковые клапаны с тройным смещением) – седла изготавливаются либо из ламинированного, либо из цельнометаллического материала.

Клапан-летучая клапаны в виде вафель

Клапан-бабочка с межфланцевым монтажом предназначен для обеспечения герметичности при двунаправленном перепаде давления, предотвращая обратный поток в системах, рассчитанных на однонаправленный поток. Это достигается за счет плотно прилегающего уплотнения, то есть прокладки, уплотнительного кольца, прецизионной обработки и плоской поверхности клапана с обеих сторон – со стороны входа и выхода. Недостатком является то, что клапаны-бабочки с межфланцевым монтажом имеют ограниченный диапазон регулирования расхода. Сопротивление потоку в клапанах-бабочках с межфланцевым монтажом может быть выше. Конструкция клапанов-бабочек с межфланцевым монтажом делает их склонными к засорению.

Клапан-бабочка типа "Луга"

Клапаны с фланцами типа "lug" имеют резьбовые вставки с обеих сторон корпуса. Это позволяет устанавливать их в систему, используя два комплекта болтов и без гаек. Клапан устанавливается между двумя фланцами с использованием отдельного комплекта болтов для каждого фланца. Такая конструкция позволяет отсоединять любую сторону трубопроводной системы, не затрагивая другую сторону. Клапан-бабочка с фланцами типа "lug", используемый в тупиковых условиях, как правило, имеет пониженную допустимую рабочую среду. Например, клапан-бабочка с фланцами типа "lug", установленный между двумя фланцами, имеет определенный показатель давления. Тот же клапан, установленный только с одним фланцем в тупиковых условиях, имеет более низкий показатель. Клапаны с фланцами типа "lug" обладают высокой устойчивостью к химическим веществам и растворителям и способны выдерживать температуры до 200 °C, что делает их универсальным решением.

Роторный клапан

Роторные клапаны являются разновидностью обычных дисковых клапанов и в основном используются в отраслях, занимающихся переработкой порошков. Вместо плоского диска, они оснащены карманами. В закрытом положении клапан герметичен и функционирует как обычный дисковый клапан. Однако при вращении карманы позволяют высыпать определенное количество сыпучего материала, что делает клапан подходящим для гравиметрической дозировки сыпучих продуктов. Обычно такие клапаны имеют небольшие размеры (менее 300 мм), приводятся в действие пневматикой и совершают поворот на 180 градусов в обе стороны.

Промышленное использование

В фармацевтической, химической и пищевой промышленности клапан-бабочка используется для перекрытия потока продукта (твердого, жидкого, газообразного) в технологическом процессе. Клапаны, применяемые в этих отраслях, как правило, производятся в соответствии с требованиями cGMP (действующей надлежащей производственной практики). Клапаны-бабочки часто заменили шаровые клапаны во многих отраслях, в частности, в нефтегазовой промышленности, благодаря более низкой стоимости и простоте монтажа, однако трубопроводы, оснащенные клапанами-бабочками, нельзя очищать с помощью специальных устройств для очистки трубопроводов (скребков).

История

Бабочковый клапан используется с конца XVIII века. Джеймс Уатт использовал бабочковый клапан в прототипах своих паровых двигателей. С развитием производства материалов и технологий бабочковые клапаны стали возможно изготавливать меньшего размера и способными выдерживать более высокие температуры. После Второй мировой войны в уплотнительных элементах стали использовать синтетические каучуки, что позволило применять бабочковые клапаны в большем количестве отраслей промышленности. В 1969 году Джеймс Э. Хемфилл запатентовал усовершенствование бабочкового клапана, снизив гидродинамический крутящий момент, необходимый для изменения пропускной способности клапана.