Вентиль устройство и принцип действия

К вентилям относят запорную арматуру с поступательным перемещением затвора в направлении, параллельном потоку транспортируемой среды.

Затвор перемещается, как правило, при помощи системы винт-ходовая гайка. Вентили обеспечивают высокую надежность и герметичность перекрытия прохода среды. Широко применяют вентили для перекрывания потоков газообразных или жидких сред в трубопроводах с диаметрами условных проходов до 300 мм (а в некоторых случаях и до 400 мм) при рабочих давлениях до 2500 кгс/см 2 и температурах сред от –400 до +450°С.

Вентили в зависимости от вида затвора подразделяются на игольчатые (ВИ) и тарельчатые.

Первые буквы ВИ вентиль игольчатый, цифра 15 или 20 обозначает условный проход. Корпус вентиля, кованный из стали, рассчитан на Ру 160 кгс/см 2 , поэтому полное обозначение 160/15,20,25,10.
Резьба на соединительных концах трубная, коническая или цилиндрическая, на корпусе есть стрелка направления потока, если стрелка отсутствует – вход это отверстие в нижней части корпуса, выход вверху или посередине.

Вентиль игольчатый состоит: корпус, запорная игла, поджимная гайка; сальниковая камера; втулка сальника.

Конструкция вентиля тарельчатого, аналогична ВИ, за исключением конструкции затвора. В тарельчатых вентилях в качестве затвора применяется золотник, представляющий собой тело вращения с плоским основанием (тарелку) с фторопластовым или резиновым уплотнением. Конструкция узла соединения золотника со шпинделем обеспечивает возможность смещения оси тарелки по отношению к оси шпинделя, что способствует плотному прилеганию уплотнительного кольца золотника к седлу. Рабочая среда подается под золотник. Уплотнение шпинделя из рабочей полости осуществляется сальником. Конструктивная особенность позволяет заменить набивку сальника без отключения линии. Можно заменить набивку и при открытом положении затвора. Для этой цели предусматривается верхнее уплотнение, на шпинделе или в верхней части золотника имеется коническая фаска, а в крышке соответствующая проточка, которая выполняет роль уплотнительного седла.

По сравнению с другими видами запорной арматуры вентили

имеют следующие преимущества:

· возможность работы при высоких перепадах давлений на золотнике и при больших величинах рабочих давлений;

· простота конструкции, обслуживания и ремонта в условиях эксплуатации;

· меньший ход золотника (по сравнению с задвижками), необходимый для полного перекрытия прохода (обычно 0,25 Ду);

· относительно небольшие габаритные размеры и масса;

· применение при высоких и сверхнизких температурах рабочей среды;

· герметичность перекрытия прохода;

· использование в качестве регулирующих органов;

· установка на трубопроводе в любом положении.

К недостаткам, общим для всех конструкций вентилей относятся:

· высокое гидравлическое сопротивление;

· невозможность применения на потоках сильно заряженных сред, а так же на средах с высокой вязкостью;

· подача среды только в одном направлении.

По конструкции корпуса вентили подразделяют: проходные, прямоточные, угловые, смесительные.

По назначению их классифицируют: запорные, запорно-регулирующие, специальные.

В водопроводных и газовых магистралях не обойтись без такого устройства, которое называется вентилем. Вентиль – это устройство, предназначающееся для перекрытия подачи различных жидкостей и газов. Однако перекрытие подачи воды – это не основное предназначение рассматриваемого изделия. С его помощью можно также регулировать напор подачи воды или газа по трубопроводу, а также применять в качестве предохранительного устройства и конденсатоотвода.

Конструкция устройства

Устройство вентиля является достаточно простым, а состоит изделие из следующих основных частей:

1. Корпус.
2. Запорное устройство.
3. Маховик или запорная ручка.

Корпус изделия изготавливается путем литья. Внутри корпуса установлено запорное устройство, а наружу выведен маховик. Корпус также имеет резьбу с двух сторон, посредством которой происходит соединение вентиля с водопроводным или газовым трубопроводом. Схема запорной арматуры в разрезе имеет следующий вид:

Классификация изделий

Вентиль для воды классифицируется по ряду различных признаков, к которым относятся:

1. Тип и конструкция запорного устройства.
2. Материал изготовления.
3. Особенности соединения с водонапорными или газовыми трубопроводами.

По типу и конструкции запирающего устройства вентили подразделяются на следующие виды:

• Клапанные.
• Пробковые или конусные.
• Шаровые.

Выясним основные особенности каждого типа вентилей, а также определим их предназначение.

Клапанные устройства

Клапанный вентиль еще называют вентильным краном, так как корпус изделия разделяется на две части горизонтальной и наклонной перегородками. В конструкции изделия с наклонной перегородкой имеется отверстие, которое имеет проточку под клапан. Такое отверстие называется седлом.

Клапан представляет собой часть штока, который располагается в нижней части изделия. В конструкцию изделия вставлена эластичная прокладка, упирающаяся в седло. Посредством такого упора в седло происходит перекрытие подачи жидкости, протекающей через устройство. В верхней части шток оснащен резьбой, которая соединяется с резьбовым соединением посадочной гайки. При помощи этого резьбового соединения происходит поднятие и опускание клапана, тем самым перекрывая и регулируя напор подающей жидкости.

У изделий такого типа имеются преимущества и недостатки. К плюсам относятся:

1. Выдерживание высокого давления.
2. Регулировка объема и напора воды.
3. Простота в управлении.
4. При выходе из строя запорного устройства, его можно заменить.

Недостатками такого устройства считаются:

1. Высокая скорость стирания прокладки, так как при частом открытии и закрытии устройства, происходит контакт резины с металлом.
2. Относительно небольшой срок эксплуатации.
3. Для полного перекрытия подачи жидкости нужно долго вращать маховик.

Изделие конусного типа

Конусный вентиль – это разновидность клапанного изделия. Различия между этими двумя устройствами заключаются в конструкции запорного механизма. Если в предыдущем варианте запорный механизм представлен в виде перегородки, то в данной конструкции прибор имеет пробку в виде конуса. При вращении штока происходит опускание запорного клапана в отверстие перегородки, тем самым прекращается подача жидкости.

Преимущества и недостатки такого типа изделия аналогичные, как и у вентиля клапанного типа. Конусный вентиль имеет следующую конструкцию, как показано ниже.

Устройство шарового типа

Принцип работы такого типа вентиля полностью отличается от функционирования предыдущих вариантов. Если предыдущие изделия обеспечивают перекрытие воды перпендикулярно трубопроводу, то с устройством шарового типа все по-другому.

Основным запирающим устройством является шар, которые имеет сквозную прорезь, пропорциональную потоку жидкости. Перекрытие подачи жидкости обеспечивается за счет перемещения шара с прорезью в перпендикулярное положение. Такие вентили еще называют кранами задвижками.

К преимуществам таких изделий относят:

1. Простота конструкции, что позволяет эксплуатировать устройство продолжительное время.
2. Герметичность конструкции. С водой контактирует только запорный шар, что также влияет на длительный срок службы изделия.
3. Перекрытие и открытие подачи жидкости осуществляется путем поворота ручки на 90 градусов или половину оборота. Такие устройства благодаря быстрому перекрытию подачи жидкости еще называют пол оборотными.

Как показывает практика, существенную роль на срок службы оказывает качество производства вентиля. Водяные вентили европейского производства имеют срок службы до 10 лет, в то время как китайские дешевые аналоги выходят из строя спустя несколько лет.

К недостаткам рассматриваемых видов вентилей относятся:

1. Невозможность отремонтировать водопроводный шаровой вентиль. В китайских изделиях нарушается целостность соединения ручки с запорным шаром. Это приводит к тому, что ручка продолжает вращаться, а шар остается на месте в заклинившем положении.
2. Невозможность регулирования потока жидкости. Регулировать поток жидкости с помощью такого изделия можно, но производители в таком случае не гарантируют продолжительный срок службы устройства.

Чем отличается вентиль от крана и задвижки

Разница заключается не в типе задвижек, как привыкли думать многие, причем даже сантехники. Краны и вентили отличаются, хотя их часто называют одним названием. Это отличие заключается в конструкции корпуса. Если вентиль предназначается для установки на стыке двух труб, чтобы при необходимости обеспечить перекрытие подачи жидкости, то кран располагается на окончании трубопровода. Кран – это своего рода концевик, который служит для подачи воды при возникновении такой необходимости.

Теперь нужно выяснить, в чем отличие вентиля и задвижки. Многие считают, что разницы между вентилем и задвижкой нет, однако, это не так. Что такое вентиль и для чего он нужен, уже известно. Теперь проанализируем задвижку, чтобы выяснить основные ее отличия от вентиля.

Задвижка выполняет аналогичные задачи, что и рассматриваемые в материале устройства. Однако задвижка не способна регулировать скорость потока, поэтому она только закрывает и открывает поток. Регулировать напор жидкости задвижка не может в силу своих конструктивных особенностей. Заслонка в таком устройстве перемещается только вверх и вниз. Чем отличается задвижка от вентиля, можно посмотреть наглядно на фото ниже.

Из чего изготавливают запорные устройства

Перед тем, как выяснить из чего изготавливаются вентили, необходимо разделить их на два вида:

• устанавливающиеся во внутренних водопроводных сетях;
• монтируемые на наружных водопроводах и газопроводах.

Если изделие предназначается для внутренних сетей водоснабжения, то применяются приборы из латуни, бронзы, нержавеющей стали и пластика. Если изделия применяются для выполнения наружных работ, то для этого используются вышеперечисленные материалы, а также дополнительно сталь и чугун.

1. Водопроводные устройства из латуни и бронзы относятся к дорогостоящим вариантам. Однако их стоимость оправдана качеством и долговечностью. Такие устройства имеют небольшой вес, малые габариты, а также могут быть установлены не только на водопровод для подачи холодной воды, но и горячей. Используются такие изделия и в системах отопления, так как на их поверхностях не оседает накипь.
2. Вентили из нержавейки. Еще один хороший вариант, который имеет продолжительный срок службы. Они дешевле в несколько раз, чем латунные и бронзовые устройства.
3. Пластиковые изделия являются одними из самых дешевых, но они ничуть не уступают по качеству вышеперечисленным моделям. Их недостатком является возможность установки только в пластиковые трубопроводы.

Устройства из нержавейки не рекомендуется устанавливать в систему ГВС и отопления. Ведь от воздействия горячей воды происходит образование накипи, которая впоследствии снижает диаметр пропускного канала.

Чугунные и стальные вентили пользуются популярностью для их установки на наружных трубопроводах. Для изготовления таковых изделий используется чугун и сталь, что позволит значительно удешевить цену устройства. Ведь аналогичные изделия из латуни и бронзы обойдутся в десятки раз дороже.

Соединение устройств с трубами

Вентили по способу монтажа подразделяются на два вида:

1. Муфтовые и резьбовые. Главный соединительный элемент при таком способе соединения – это резьба. Она может быть внутренней и внешней на вентиле (в народе называют «мама-папа»). Арматура такого типа устанавливается в трубопроводы с давлением не более 1,6 Мпа.
2. Фланцевые. На торцевых частях патрубков имеются фланцы, при помощи которых осуществляется соединение чугунных или стальных изделий. Монтаж таких устройств осуществляется на магистральных и промышленных трубопроводах, в которых давление воды превышает 10 МПа.

Пластиковые вентили соединяются с трубопроводами посредством специальной сварки. Зная особенности рассматриваемых устройств, можно подобрать оптимальный вариант для соответствующего монтажа. В последнее время широкой популярностью пользуются шаровые вентили, которые имеют высокий срок службы, несмотря на отсутствие возможности проведения их ремонта.

Вентилем называют клапан, затвор которого перемещается при помощи резьбовой пары (ходовой гайки и шпинделя) и управление которым осуществляется вручную. Как и клапан, устройство позволяет перекрыть поток рабочей среды при помощи затвора, выполненного в форме плоской или конусной тарелки. Но в клапане перемещение затвора обеспечивается за счет поступательного движения шпинделя – элемента конструкции арматуры, осуществляющего передачу крутящего момента от исполнительного механизма (например, привода) к диску затвора. У такой конструкции есть существенный недостаток – необходимость использования дополнительных устройств для фиксации тарелки затвора. В вентиле эта конструкционная задача решена при помощи неподвижной ходовой гайки, которая прикреплена к крыше или бугелю вентиля, и в резьбу которой вкручивается шпиндель. Резьба обладает свойствами самоторможения, поэтому положение тарелки не изменяется под действием давления рабочей среды.

Устройство и принцип действия вентиля

Рабочий орган вентиля представляет собой затвор и седло. Седло – неподвижная часть, расположенная внутри корпуса арматуры, представляющая собой отверстие для прохода среды. При передаче движения от шпинделя к тарелке затвора, затвор начинает поступательное движение при закрытии вентиля и возвратное – при открытии. В положении «закрыто» тарелка затвора плотно прилегает к отверстию седла, перекрывая проход для рабочей среды. Чтобы обеспечить герметичность вентиля в закрытом положении, в конструкции вентиля используются уплотнительные поверхности. Рабочий орган вентиля располагается внутри его корпуса. От корпуса отходят два присоединительных патрубка, позволяющих подключить вентиль к трубопроводу.

Виды вентилей

Классифицировать вентили можно по следующим критериям:

• Назначение: запорный вентиль, запорно-регулирующий вентиль и специальный вентиль;
• Конструкция корпуса: проходной вентиль, угловой вентиль, прямоточный вентиль и смесительный вентиль;
• Материал изготовления: титан, чугун, бронза, сталь, цветные сплавы, латунь, а также неметаллические материалы;
• Тип герметизации: сильфонный вентиль и сальниковый вентиль.

Запорный и запорно-регулирующий вентиль характеризуются возвратно-поступательным движением запорного органа вдоль корпуса, которое обеспечивает перекрытие потока.

Запорно-регулирующие вентили посредством ручного или дистанционного управления регулируют расход среды путем изменения гидравлического сопротивления дроссельной пары с надёжно зафиксированными промежуточными положениями.

Специальные вентили используются при повышенной температуре или в коррозийной среде. Вентили для коррозионных сред применяются при высоких давлениях и температурах рабочей среды свыше 150 °C.

Проходные вентили предназначены для прямолинейных трубопроводов. К недостаткам можно отнести: сравнительно высокое гидравлическое сопротивление, наличие зоны застоя, большие строительные размеры, сложность конструкции корпуса и довольно большой вес.

Угловые вентили применяются для соединения двух частей трубопровода, расположенных перпендикулярно друг другу или для монтажа на повороте. Особенностью угловых вентилей является то, что они могут эксплуатироваться при невысоких температурах рабочей среды и номинальном давлении до 6,4 МПа.

Прямоточные вентили отличаются сравнительно малым гидравлическим сопротивлением, компактностью конструкции, отсутствием зон застоя, а также большой длиной и относительно большим весом.

Смесительные вентили обеспечивают смешивание двух потоков жидкой среды с целью разжижения основной среды, стабилизации её температуры, поддержания качества и другое. Смешивание потоков происходит непосредственно в корпусе вентиля.

Сильфонные вентили предназначены для работы в средах, утечка которых в окружающую атмосферу недопустима. Среди преимуществ выделяются такие качества, как надежность уплотнительного элемента, а также полное исключение утечки рабочей среды.

Сальниковые вентили обладают рядом достоинств, среди которых простота конструкции, возможность смены или донабивки сальника, сравнительно низкая стоимость.

Достоинства и недостатки конструкции

Основное преимущество вентилей – отсутствие трения между тарелкой затвора и уплотнительными поверхностями, поскольку затвор движется перпендикулярно им. Это обеспечивает их более высокую по сравнению с задвижками надежность в эксплуатации. Кроме того, устройство отличается простотой конструкции и высокой степенью герметичности, в силу чего они получили широкое распространение в качестве запорной арматуры. Еще одно достоинство вентиля – малая строительная длина.

Область и особенности применения

Вентили чаще всего используются при небольших диаметрах прохода, начиная от 50 мм. Уже при диаметрах 200-250 мм вентили используются редко.

Для этой конструкции арматуры принципиальную роль играет ее положение при установке, поскольку при неправильной установке давление рабочей среды будет прижимать тарелку к седлу, из-за чего для открытия вентиля будут требоваться значительные усилия. Поэтому вентили устанавливаются так, чтобы движение рабочей среды шло навстречу тарелке затвора.

Чаще всего вентили устанавливаются на трубопровод при помощи фланцевого, муфтового или цапкового присоединения. Однако в энергетических установках используются вентили, которые ввариваются в трубопровод, для чего конструкция оснащается соответствующими патрубками.