Възвратни вентили – видове, особености, критерии за избор

Какво е възвратен клапан, за какво служи

 

Възвратните вентили, познати още като възвратни клапани, са елементи, позволяващи протичането на флуид само в една посока. Така се предотвратява обратното движение на потока и се поддържа заливането на помпите. Също така се улеснява стартирането на помпите и компресорите и се елиминира опасността от задвижване на свързаните с тях устройства в обратна посока.

 

Освен това се изолират вторичните тръбопроводи, където налягането може да се повиши над това в главния. Чрез възвратните клапани се избягва ударното нарастване на налягането при затваряне и бързи пулсации на регулиращите звена в системата.

 

За избягване на рязкото нарастване на налягането възвратният клапан трябва да се затваря достатъчно бързо, за да се предотврати повишаването на скоростта на потока в обратна посока, но не и прекалено бързо, за да не предизвика той от своя страна хидравличен удар. Скоростта, с която намалява потокът в желаната посока, варира при различните системи.

 

Ако системата има няколко паралелно свързани помпи, например за водопровод, и една от тях внезапно излезе от строя, спирателният вентил при изпускателния отвор на помпата трябва да се затвори почти мигновено. Ако системата включва само една помпа и преносният тръбопровод е дълъг, противоналягането на тръбата при изпускателния отвор е ниско, височината, до която става изпомпването, е малка и може да се използва бавно затварящ възвратен клапан.

 

 

Обикновено възвратните клапани се оценяват според скоростта на затваряне. Преместването на затварящия елемент трябва да бъде възможно най-малко. Един по-малък вентил има потенциална възможност да затваря по-бързо от по-голям такъв при една и съща конструкция. Инертността на затварящия елемент, например клапа, трябва да е колкото може по-малка и затварящата сила трябва да съответства на намаляващия поток в "права" посока. Може да се наложи тази сила да бъде увеличена чрез пружина или тежест.

 

Трябва да се избягват бързите колебателни движения на затварящия елемент, за да се предотврати износването на подвижните части на възвратния клапан и преждевременния му отказ. Такъв тип движения могат да се избегнат чрез избор на такъв типоразмер клапан, при който при съответната скорост на потока затварящият елемент да се притиска до упор.

 

Приложение

 

Ако потокът е пулсиращ, възвратният клапан трябва да се монтира на колкото е възможно по-голямо разстояние от източника на пулсациите. Бързите колебателни движения на затварящата клапа може да са резултат от смущения в движението на потока. В такъв случай разполагането на вентила трябва да стане на място, където те са минимални.

 

Когато възвратният клапан функционира правилно, изтичането на флуида в обратна посока по тръбопровода е възпрепятствано. Това може да се окаже проблем, ако трябва да се извършат ремонтни работи по тръбопровода и затова флуидът трябва да може да бъде източен. Ако тръбопроводната мрежа не притежава приспособление, позволяващо източване на флуида, спирателният вентил трябва да бъде снабден с дренажен клапан и спирателен кран.

 

Видове възвратни клапани

 

Възвратните клапани могат да бъдат класифицирани според начина на движение на затварящия елемент. Могат да бъдат обособени четири основни групи, някои от които имат варианти:

• повдигащи възвратни клапани – затварящият елемент се движи в посока, перпендикулярна на равнината на леглото, а варианти на тази конструкция са пружинните, сачмените, буталните, дисковите вентили и др.;
• ротационни възвратни клапани – затварящият елемент се върти около шарнир, монтиран извън леглото на клапана, а варианти на конструкцията са т. нар. бътерфлай вентили, бътерфлай клапи;
• възвратни клапани с наклонен диск – затварящият елемент, клапа, се завърта около шарнир, разположен в близост над центъра на леглото на клапана;
• мембранни възвратни клапани – затварящият елемент е еластичен, като при вариантите, познати като диафрагмени вентили, уплътняването става към перфорирана повърхност или специално оформено легло.

Повдигащи възвратни клапани

 

Предимства на тази конструкция пред повечето други са относително малкият ход, необходим за пълно отваряне и възможността за бързо затваряне. Преместването е минимално в конструкциите, при които каналът при леглото на клапана е пръстеновиден.

 

Движението на преградния елемент при повечето повдигащи възвратни клапани става по направляващи, така че да се осигури съвпадането с му с леглото при затваряне. В този случай недостатък е възможността замърсяванията на работния флуид да възпрепятстват затварянето. Вискозните флуиди оказват аналогично влияние и забавят реакцията на вентила. Тези типове възвратни клапани обикновено са подходящи само за флуиди с малък вискозитет, не съдържащи твърди примеси, например за водопровод.

 

При някои конструкции този недостатък се преодолява чрез използване на сферичен затварящ елемент, който не изисква прецизно направляване. Използването им се препоръчва при тръбопроводи за пренос на пара, въздух, газове и за водопровод с висока скорост на потока.

 

Повдигащи възвратни вентили се монтират и в долната част на смукателни тръбопроводи за поддържане на заливането на помпите за водопровод. Те могат да бъдат с дискова или сачмена конструкция и обикновено са снабдени с филтриращ елемент. Напорът на течността над вентила го държи затворен и поддържа смукателния тръбопровод пълен. При пускане на помпата се създава смукателен ефект, вентилът се отваря и пропуска флуида към нея.

 

Ротационни възвратни вентили

 

Обикновено ротационните спирателни вентили имат дисков затварящ елемент – клапа, който се завърта около шарнир, разположен извън леглото. Преместването на диска от напълно отворено до напълно затворено положение е по-голямо от това при повечето повдигащи вентили.

 

Замърсените вискозни флуиди не затрудняват въртеливото движение на диска клапа около шарнира. В друг тип конструкция затварящият елемент е част от гумен уплътнител, разположен между двете половини на корпуса. Той се отваря и затваря чрез сгъване на гумена лента, свързваща затварящия елемент и уплътнителя.

 

С увеличаване на размера на ротационния възвратен клапан масата и преместването на диска стават толкова големи, че възпрепятстват нормалното му функциониране. По тази причина ротационните възвратни вентили за водопроводи и тръбопроводи с голям диаметър имат няколко малки въртящи се клапи, монтирани напречно на потока.

 

Ротационните възвратни клапани трябва да се монтират хоризонтално, но могат да бъдат разположени и вертикално за водопроводи, ако няма вероятност от заклинване на клапата. Този тип вентили се препоръчва, когато е необходимо минимално съпротивление на потока, при малка скорост на флуида и не особено честа смяна на посоката му на движение. Уплътнението на леглото може да бъде метал към метал или към композитен материал.

 

Вторият вариант е за предпочитане, когато се предполага наличие на замърсявания или други частици във флуида, когато се цели обезшумяване на водопровод или се изисква сигурно затваряне при ниско налягане.

 

Ротационни бътерфлай вентили

 

Ротационният двудисков възвратен вентил, известен като бътерфлай вентил, има два подпружинени D-образни диска – клапи, монтирани на ребро напречно на отвора. При тази конструкция се намалява дължината на пътя, който изминава центърът на тежестта на диска. Намалява се с около 50% и тежестта на всеки диск в сравнение с еднодисков вентил със същия размер. Това, заедно с пружинното усилие, прави реакцията на този тип вентили много бърза.

 

 

Възвратни клапани с наклонен диск

 

Възвратните вентили с наклонен диск имат дискообразен преграден елемент – клапа, който се завърта около шарнир, разположен между центъра и периферията на диска и отместен от равнината на леглото. Дискът пада върху леглото при затваряне и се издига над него при отваряне.

 

Тъй като центърът на тежестта на диска изминава малък ход между напълно отворено и напълно затворено положение, вентилът може да се приеме за бързодействащ. Тези вентили са по-скъпи и по-трудни за ремонт от ротационните възвратни клапани.

 

Мембранни възвратни клапани

 

Този термин се отнася за вентили, при които като затварящ и уплътнителен елемент се използва еластичен материал. Затварящият елемент на някои от мембранните възвратни вентили представлява еластична втулка, сплескана в единия си край. Той се отваря при протичане на потока в "права" посока и се затваря в противоположната.

 

Мембраните се произвеждат от различни видове еластични материали и се армират с найлонови слоеве. Вътрешната страна на втулката е мека и може да задържа твърди частици. Тези вентили са подходящи за работа със суспензии.

 

Друг вариант на диафрагмен възвратен клапан се състои от перфориран конусовиден елемент, носещ еластична диафрагма. Потокът, протичащ през конуса, повдига диафрагмата от леглото й и позволява на флуида да премине. Когато потокът в "права" посока спре, диафрагмата възвръща първоначалната си форма и затваря конуса.

 

 

Избор на възвратен клапан

 

Обикновено възвратен клапан се избира чрез сравняване на изискванията за скорост на затваряне с характеристиката на затваряне на вентила. Този метод за избор дава добри резултати при повечето приложения, например за водопроводи. Оразмеряването също е важен момент при избора на вентил.

 

Възвратните клапани за несвиваеми флуиди се избират предимно според способността им да се затварят, без да създават хидравличен удар, вследствие на внезапно затваряне при поява на поток в обратна посока. При избора на клапа падът на налягането обикновено е вторично съображение. Първата стъпка е качествена оценка на необходимата скорост на затваряне. Втората е изборът на типа вентил, който се предполага, че ще осигури необходимата скорост.

 

Оразмеряване на възвратни клапани

 

Типоразмерът на възвратните клапани трябва да се избира така, че в нормално състояние потокът да задържа спирателния елемент в положение, в което той да не възпрепятства протичането му.

 

Типоразмерът на възвратните клапани се определя главно според диаметъра на тръбопровода. В повечето случаи условията на функциониране не се вземат предвид. Трябва да има подходящ обем на потока за осигуряване на пълното отваряне на вентила. Възвратен клапан, който вследствие на намален поток не може да достигне стабилно, напълно отворено положение, вибрира, шуми и се износва по-бързо.

 

Шумът е резултат от сблъсъка на затварящия елемент с леглото или ограничителя. Понякога това движение е толкова бързо, че не е възможно да се идентифицират отделните удари, а се чува само висок фонов шум. Непрекъснатият шум е сигурен признак, че избраният възвратен вентил е прекалено голям.

 

 

Има няколко начина за спиране на този шум. Най-сигурният, но най-скъп от тях е замяната на вентила с по-малък типоразмер. Ако шумът се появява само при отваряне или затваряне, затварящата сила на диска може да е твърде голяма. Тя се намалява с отстраняване на пружината, използването на по-слаба, или намаляването на противотежестта.

 

 

Модел възвратен клапан	Размер [цола]	Максимално работно налягане	Максимален дебит
ВК-101	1/2"	150 psi / 10 bar	10 GPM / 38 LPM
ВК-202	3/4"	300 psi / 20 bar	20 GPM / 76 LPM
ВК-303	1"	600 psi / 41 bar	30 GPM / 114 LPM
ВК-404	1 1/4"	800 psi / 55 bar	40 GPM / 152 LPM
ВК-505	1 1/2"	1000 psi / 69 bar	50 GPM / 190 LPM

 

Това е само примерна таблица и фактическите данни за възвратни клапани и цолаж могат да варират в зависимост от производителя и приложението. Винаги е препоръчително да се консултирате с производителя или със специалист в областта за точните спецификации, които отговарят на Вашите нужди.

 

Източник: TLL Media; снимки: Dreamstime

Ключови думи: Възвратни вентили   възвратни клапани   тръбопровод   пружинни вентили   сачмени вентили   бутални вентили   дискови вентили   бътерфлай вентили   бътерфлай клапи  

Област: Автоматизация