Введение

Устройство регулирования потока

Обратный клапан, невозвратный клапан, рефлюксный клапан, задерживающий клапан, ножной клапан или односторонний клапан – это клапан, который обычно позволяет жидкости (жидкости или газу) проходить через него только в одном направлении. Обратные клапаны являются двухпортовыми, то есть имеют два отверстия в корпусе: одно для входа жидкости и другое для выхода. Существуют различные типы обратных клапанов, используемых в широком спектре применений. Обратные клапаны часто являются частью обычных бытовых предметов. Несмотря на то, что они доступны в широком диапазоне размеров и по разной цене, обратные клапаны, как правило, очень маленькие, простые и недорогие. Обратные клапаны работают автоматически, и большинство из них не управляются человеком или внешним управлением; соответственно, большинство из них не имеют ручки или штока клапана. Корпуса (внешние оболочки) большинства обратных клапанов изготавливаются из пластика или металла. Важной характеристикой обратных клапанов является давление открытия, которое представляет собой минимальную разницу давлений между входом и выходом, при которой клапан начинает функционировать. Обычно обратный клапан проектируется и может быть специфицирован для определенного давления открытия.

Круглый обратный клапан

Шариковый обратный клапан – это обратный клапан, в котором закрывающим элементом, подвижной частью, перекрывающей поток, является шар. В некоторых шариковых обратных клапанах шар подпружинен, чтобы обеспечить его плотное закрытие. В конструкциях без пружины для перемещения шара к седлу и создания уплотнения требуется обратный поток. Внутренняя поверхность основных седел шариковых обратных клапанов более или менее конически сужается для направления шара в седло и формирования надежного уплотнения при прекращении обратного потока. Шариковые обратные клапаны часто очень маленькие, простые и недорогие. Они широко используются в миниатюрных насосах для жидкостей или гелей, распылителях, некоторых резиновых грушах для перекачивания воздуха и т.д., ручных воздушных насосах и других насосах, а также в шприцах для повторного наполнения. Хотя шары чаще всего изготавливаются из металла, они могут быть изготовлены и из других материалов; в некоторых специализированных случаях – из высокопрочных или инертных материалов, таких как сапфир. Высокопроизводительные жидкостные хроматографические насосы и аналогичные системы высокого давления обычно используют небольшие входные и выходные шариковые обратные клапаны с шарами из (искусственного) рубина и седлами из сапфира, либо шары и седла из рубина, для обеспечения твердости и химической стойкости. После длительного использования такие клапаны могут изнашиваться или в седле может образоваться трещина, требующая замены. Поэтому такие клапаны изготавливаются с возможностью замены, часто размещая их в небольшом пластиковом корпусе, плотно вставленном внутрь металлического фитинга, способного выдерживать высокое давление и привинченного к головке насоса. Существуют аналогичные обратные клапаны, в которых диск имеет не шарообразную, а другую форму, например, тарельчатый клапан, подпружиненный пружиной. Шариковые обратные клапаны не следует путать с шаровыми кранами, которые представляют собой другой тип клапана, в котором шар, вращающийся на оси, действует как управляемый ротор для остановки или направления потока.

Клапан с отводом диафрагмы

Диафрагменный обратный клапан использует гибкую резиновую диафрагму, расположенную таким образом, чтобы создать нормально закрытый клапан. Для открытия обратного клапана и обеспечения потока необходимо, чтобы давление на входном участке было больше давления на выходном участке на определенную величину, известную как перепад давления. Как только положительное давление прекращается, диафрагма автоматически возвращается в исходное закрытое положение. Этот тип клапана используется в респираторах (масках для лица) с выдохным клапаном.

Спиральный ретро-клапан

Качающийся обратный клапан (или клапан с откидным диском) – это обратный клапан, в котором диск, подвижная часть для перекрытия потока, поворачивается на шарнире или цапфе, либо прижимаясь к седлу для блокировки обратного потока, либо отходя от седла для обеспечения прямого потока. Поперечное сечение отверстия седла может быть перпендикулярно центральной линии между двумя портами или располагаться под углом. Хотя качающиеся обратные клапаны могут быть разных размеров, большие обратные клапаны часто являются качающимися. Распространенной проблемой, вызываемой качающимися обратными клапанами, является гидроудар. Это может произойти, когда качающийся обратный клапан закрывается, и поток резко останавливается, вызывая скачок давления, приводящий к возникновению высокоскоростных ударных волн, воздействующих на трубопроводы и клапаны, создавая значительные напряжения в металле и вибрации в системе. Если гидроудар не обнаружить, он может привести к разрушению насосов, клапанов и труб в системе. Клапан-заслонка в механизме сливного бачка унитаза является примером этого типа клапана. Давление в бачке, удерживающее его закрытым, преодолевается ручным подъемом заслонки. Затем он остается открытым, пока бачок не опустеет и заслонка не опустится под действием силы тяжести. Другой вариант этого механизма – клапан-хлопушка, используемый в таких областях, как системы пожаротушения и обеспечения пожарной безопасности. Шарнирно закрепленная заслонка остается открытой только в направлении потока. Клапан-хлопушка часто также оснащен пружиной, которая удерживает заслонку закрытой при отсутствии прямого давления. Другой пример – обратный клапан (для санитарной канализационной системы), который защищает от затопления, вызванного обратным потоком сточных вод. Такой риск наиболее часто возникает в санитарных канализационных системах, подключенных к комбинированным канализационным системам, и в системах ливневой канализации. Это может быть вызвано сильными дождями, оттепелью или наводнением.

Клапан с обратным отводом

Бабочковый обратный клапан является разновидностью поворотного обратного клапана, имеющего две шарнирно закрепленные створки, которые выполняют функцию обратных клапанов, предотвращая обратный поток. Его не следует путать с клапаном-бабочкой, который используется для регулирования потока и не обеспечивает одностороннее движение среды.

Клапан стоп-ревер

Стопорный обратный клапан – это обратный клапан с возможностью принудительного перекрытия потока независимо от его направления или давления. Помимо закрытия при обратном потоке или недостаточном прямом давлении (типичное поведение обратного клапана), он также может быть намеренно перекрыт внешним механизмом, полностью прекращая поток независимо от прямого давления.

Регулирующий клапан

Подъемный обратный клапан — это обратный клапан, в котором диск, иногда называемый подъемником, поднимается от своего седла под воздействием более высокого давления входящей или upstream-жидкости, обеспечивая поток к выходу или downstream-стороне. Направляющая обеспечивает вертикальное движение диска, чтобы клапан мог надежно перекрыться. Когда давление перестает быть выше, сила тяжести или повышенное downstream-давление опускают диск на седло, перекрывая клапан и предотвращая обратный поток.

Регулярный обратный клапан

Встроенный обратный клапан – это обратный клапан, аналогичный подъемному обратному клапану. Однако, этот клапан обычно оснащен пружиной, которая сжимается при давлении на входном участке клапана. Давление, необходимое на входном участке клапана для преодоления усилия пружины, называется "давлением открытия". Когда давление, проходящее через клапан, падает ниже давления открытия, пружина закрывает клапан, предотвращая обратный поток в системе.

Клапан утка

Утиный клапан — это обратный клапан, в котором поток проходит через мягкую трубку, выступающую в сторону, расположенную ниже по потоку. Обратное давление сжимает эту трубку, прекращая поток.

Решеточный клапан

Камышовый клапан — это обратный клапан, состоящий из гибкого плоского листа, который перекрывает отверстие в корпусе. Давление открытия очень низкое, подвижная часть имеет малую массу, что обеспечивает быстродействие, сопротивление потоку умеренное, а герметичность улучшается при увеличении противодавления. Они широко используются в двухтактных двигателях внутреннего сгорания в качестве впускного клапана для объема картера и в воздушных компрессорах как впускные и выпускные клапаны цилиндров. Несмотря на то, что камышовые клапаны обычно применяются для газов, а не жидкостей, клапаны управления водоподготовкой марки Autotrol сконструированы как набор камышовых клапанов, использующих их герметизирующие свойства, выборочно приоткрывая отдельные камыши для создания пути потока.

Проверка потока

Противоток – это обратный клапан, используемый в системах гидравлического отопления и охлаждения для предотвращения нежелательного пассивного гравитационного потока. Противоток представляет собой простую, поднимаемую потоком, гравитационно-закрывающуюся металлическую пробку, разработанную для обеспечения низкого гидравлического сопротивления, десятилетий непрерывной работы и самоочистки от мелких частиц, обычно встречающихся в гидравлических системах, с уплотнительных поверхностей. Для обеспечения самоочистки пробка, как правило, не имеет конической формы. Распространенная конструкция – круглое углубление в грузике, который надевается на соответствующий узкий гребень по краю отверстия. Конструкция изначально допускает небольшую обратную утечку, герметичность не является критичным требованием. Противоток оснащен рабочим винтом, позволяющим удерживать клапан в открытом положении, в отличие от управления на клапане остановки, что облегчает заполнение системы и удаление воздуха из нее.

Многостворчатые клапаны

Несколько обратных клапанов могут быть соединены последовательно. Например, двойной обратный клапан часто используется в качестве устройства для предотвращения обратного потока, чтобы не допустить попадания потенциально загрязненной воды обратно в городские водопроводные сети. Существуют также двойные шаровые обратные клапаны, в которых в одном корпусе последовательно расположены две комбинации шара и седла, обеспечивающие надежное герметичное перекрытие при блокировании обратного потока; а также поршневые обратные клапаны, дисковые обратные клапаны и обратные клапаны шароконусные.

Насосы

Обратные клапаны часто используются с некоторыми типами насосов. Поршневые и диафрагменные насосы, такие как дозирующие насосы и насосы для хроматографии, обычно используют шаровые обратные клапаны на входе и выходе. Эти клапаны часто выглядят как небольшие цилиндры, прикрепленные к головке насоса на всасывающих и напорных линиях. Многие подобные насосные механизмы для перемещения объемов жидкости используют обратные клапаны, например, шаровые. Насосы-подаватели или инжекторы, подающие воду в паровые котлы, оснащаются обратными клапанами для предотвращения обратного потока. Обратные клапаны также используются в насосах, подающих воду на водные горки. Вода к горке течет по трубе, которая одновременно служит опорой для башни с лестницей к горке. Когда комплекс с горкой закрывается на ночь, обратный клапан прекращает поток воды в трубе; при повторном открытии комплекса клапан открывается и поток возобновляется, подготавливая горку к использованию.

Промышленные процессы

Обратные клапаны используются во многих жидкостных системах, таких как системы химических и электростанций, а также во многих других промышленных процессах. Типичными областями применения в ядерной промышленности являются системы управления подачей питательной воды, сбросные линии, системы подпитки, различные технологические системы, системы N2 и системы мониторинга и отбора проб. В авиационной и космической технике обратные клапаны используются в условиях высоких вибраций, экстремальных температур и агрессивных жидкостей. Например, системы управления подачей топлива для космических аппаратов и ракет-носителей в системах управления реактивным движением (RCS) и системах управления ориентацией (ACS), а также гидравлические системы самолетов. Обратные клапаны также часто применяются при смешивании нескольких газов в один поток. На каждом отдельном газовом потоке устанавливается обратный клапан для предотвращения смешивания газов в исходном источнике. Например, если необходимо смешать топливо и окислитель, то обычно на источниках топлива и окислителя устанавливаются обратные клапаны, чтобы гарантировать, что исходные газовые баллоны останутся чистыми и, следовательно, негорючими. В 2010 году Лаборатория реактивного движения NASA незначительно модифицировала конструкцию простого обратного клапана с целью хранения жидких образцов, указывающих на наличие жизни на Марсе, в отдельных резервуарах устройства, исключая возможность перекрестного загрязнения.

Домашнее использование

Когда система питьевого водоснабжения подключается к несанитарной системе, например, к системам полива газонов, посудомоечным или стиральным машинам, используется обратный клапан, называемый предотвратителем обратного потока, для предотвращения попадания загрязненной воды обратно в систему питьевого водоснабжения. Некоторые типы оросительных спринклеров и капельниц имеют встроенные небольшие обратные клапаны, чтобы предотвратить слив воды из трубопроводов при выключении системы. Обратные клапаны, используемые в системах бытового отопления для предотвращения вертикальной конвекции, особенно в сочетании с солнечными тепловыми установками, также называются гравитационными тормозами. Системы сбора дождевой воды, подключенные к центральному водоснабжению, могут требовать установки одного или нескольких обратных клапанов для предотвращения загрязнения основного водоснабжения дождевой водой. Гидравлические домкраты используют шаровые обратные клапаны для создания давления на подъемной стороне домкрата. Обратные клапаны широко используются в надувных изделиях, таких как игрушки, матрасы и лодки. Это позволяет надувать объект без постоянного или непрерывного давления воздуха.

История

Фрэнк П. Коттер разработал "простой самозакрывающийся обратный клапан, приспособленный для подключения к трубопроводным соединениям без использования специальных фитингов и который можно легко открыть для осмотра или ремонта" в 1907 году (патент США 865,631). Никола Тесла изобрел внешне простой односторонний клапан для жидкостей в 1916 году, известный как клапан Теслы. Он был запатентован в 1920 году (патент США 1 329 559).