Редукционный клапан давления газа. Редукционные клапаны: устройство и принцип работы

Проектирование
26.02.2019

Редукционным называют клапан, предназначенный для уменьшения давления в линии отводимой от основной и поддержания этого давления на постоянном уровне.

Редукционные клапаны используют в случае если от одной линии высокого питаются один или несколько потребителей, рассчитанных на меньшее рабочее давление, чем основная линия.

Редукционные клапаны, также, применяются для уменьшения или стабилизации давления питания исполнительных механизмов.

Функции редукционного клапана

Редукционные клапаны позволяют реализовать следующие функции:

  • Снижение давления в линии отводимой от основной
  • Поддержание давления на постоянном уровне
  • Ограничение давления (только для трехлинейных клапанов)

Как работает редукционный клапан

Попробуем разобраться, как работают редукционные клапаны.

Рассмотрим подробнее устройство и работу клапанов прямого и непрямого действия.

Редукционный клапан прямого действия

Принципиальная схема редукционного клапана прямого действия показана на рисунке. Рассмотрим основные элементы и принцип работы редукционного клапана.

Давление жидкости на выходе редукционного клапана в линии отводимой от основной называют редуцируемым .

Золотник 1 расположен в корпусе 2, в котором также установлена пружина 3, ее поджатие регулируется винтом 4.

Давление в напорной линии (Рн) подводится к рабочей полости золотника, не оказывая на него силового воздействия, так как площади поясков золотника равны. Осевыми силами, действующими на золотник являются сила пружины и сила, обусловленная давлением на выходе клапана (Рред). Положение золотника будет определяться силой действия пружины и редуцируемым давлением Рред. Настройка давления на выходе редукционного клапана осуществляется винтом , поджимающим пружину.

При увеличении редуцируемого давления (Рред), золотник, под действием этого давления будет смещаться (вверх по схеме), уменьшая площадь проходного сечения S, увеличивая гидравлическое сопротивление. В результате возросших потерь редуцируемое давление снизиться до величины первоначальной настройки.

При уменьшении редуцируемого давления (Рред) золотник под действие усилия пружины переместится вниз, увеличивая проходное сечение. В результате снижения потерь, давление в отводимой линии достигнет величины настройки.

В редукционном клапане прямого действия на золотник с одной стороны воздействует пружина, а с другой - редуцируемое давление. Усилие пружины зависит от степени ее сжатия, то есть от положения золотника, которое, в свою очередь, зависит от расхода на выходе клапана. В связи с этим при увеличении расходе через редукционный клапан прямого действия будет уменьшаться редуцируемое давление.

Эта особенность работы клапанов прямого действия может оказывать существенное влияние на работу клапана при больших величинах расхода. Поэтому для работы при больших расходах используют редукционные клапаны непрямого действия .

Использование редукционных клапанов непрямого действия позволяет уменьшить влияние расхода на давление.

Схема клапана редукционного непрямого действия показана на рисунке.


Жидкость подводится в клапан через отверстие 9, пройдя через зазор между золотником 5 и седлом в корпусе, жидкость поступает в отовдимую линию 10. Давление жидкости в отводимой линии воздействует на нижний торец золотника. Жидкость из отводимой линии, к тому же, через 4 подводится к верхнему торцу золотника и к шарику 1, поджатому пружиной 2, усилие поджатия регулируется винтом 6. Линия 7 соединяется со сливом.

Положение золотника 5 определяется соотношением сил давления в отводимой линии (редуцируемого) и давления в камере 8.

Величина давления в камере 8 зависит от настройки пружины 2, то есть величину давления настройки клапан можно регулировать винтом 6.

В случае увеличения давления в линии отводимой от основной выше давления настройки, шарик отодвинется от седла, пропуская часть жидкости на слив. В результате появления расхода через дроссель 4, давление на верхний торец золотника снизится (из-за потерь на дросселе), золотник под действием редуцируемого давления переместится вверх, уменьшая проходное сечение, что вызовет снижение редуцируемого давления до величины настройки.

Как изображается редукционный клапан на гидросхемах

На редукционный клапан показывают в виде квадрата со стрелкой, указывающей направление жидкости, также на схеме показана регулируемая пружина и управление с линии выхода (пунктиром). Пример обозначения редукционного клапана показан на следующем рисунке.

Чем редукционный клапан отличается от предохранительного

Редукционные и позволяют регулировать давление, некоторые модели этих устройств производятся в корпусах схожей формы, они регулируется с помощью винта, регулирующего поджатие пружины, их гидравлические схемы состоят из похожих элементов. По этим причинам эти клапаны можно перепутать. Хотя различий у редукционных и предохранительных клапанах гораздо больше, они различаются как по конструкции, принципу действия и назначению.

Пожалуй главным различием является то, что предохранительный клапан управляется давлением на входе (из линии Р), а на золотник редукционного клапана управляющее воздействие оказывает давление на выходе клапана (из линии А). Это отражено и на гидравлической схеме клапана, пунктирная линия управления на схеме редукционного клапана подведена к выходу, а на схеме предохранительного - ко входу.

Функции этих клапанов также различны, клапан предохранительный защищает гидравлическую систему от чрезмерно высоко давления, клапан редукционный снижает давление в линии отводимой от основной и поддерживает давление в этой линии на постоянном уровне.

Редукционный клапан-это устройство, которое пропускает газ или жидкость из полости высокого давления в полость более низкого, поддерживая постоянное давление. Представляет собой автоматически действующий дроссель, сопротивление которого равно в каждый данный момент разности между переменным давлением на входе в клапан с постоянным давлением на выходе из него.
В промышленных системах в качестве регулирующих органов наиболее часто применяют регуляторы давления, регулирующие клапаны и дроссельные регулирующие заслонки,
Регуляторы давления позволяют регулировать давление после регулятора после себя) или до регулятора (до себя), В основном регуляторы прямого действия применяются в качестве регуляторов давления (после себя) при условиях, когда давление после себя меньше половины рабочего давления на входе. Такие регуляторы прямого действия называются редукционными клапанами.
Регуляторы прямого действия управляются непосредственно средой, транспортируемой по данному трубопроводу) с помощью перемещения регулирующего органа перестановочной силой, возникающей в результате изменения контролируемого параметра. Широкому применению в судовых системах регуляторов прямого действия в качестве регулирующих клапанов давления способствовала автономность судовых систем, их строгая специализация и отсутствие взаимозависимых параметров, а также отсутствие (по условиям эксплуатации) требований высокой точности регулирования.
Регулятор состоит из трех основных элементов: задающего элемента - пружины;
элемента сравнения - мембраны; регулирующего органа - тарелок. При проектировании регуляторов правильный выбор элементов привода, уплотнений и регулирующих органов предопределяет чувствительность клапанов и их нормальную работу в системе. Однако чувствительность регуляторов - прямого действия снижается из-за выполнения чувствительным элементом двойных функций: чувствительного элемента и привода.
Принцип действия редукционного клапана основан на дросселировании среды, проходящей из полости высокого давления в полость низкого давления через щель образованную седлом и тарелкой клапана, при автоматическом поддержании площади проходного сечения с помощью уравновешивания регулируемого упругого элемента (пружины) редуцированным давлением, воздействующим через чувствительный элемент (мембрану, поршень).
Редукционные клапаны для судовых систем, как правило, имеют моноблочную конструкцию со встроенным чувствительным элементом: приводом (мембраной или поршнем) и элементом настройки - задатчиком (пружиной). В качестве
чувствительного элеменiз чаще всего применяются мягкие мембраны из резины с одной или двумя тканевыми прокладками, реже поршень с уплотнением манжетами или резиновыми кольцами круглого сечения. В качестве запорного органа служат резинометаллические Тарелки с вулканизированной резиной (в более ранних конструкциях рассчитанных на низкие давления, - тарелки со вставкой из листовой резины) или с металлическим уплотнением, а в случае применения тарелки - с закрытием походу рабочей среды (клапаны обратного хода).
По конструктивному признаку редукционные клапаны разделяются на клапаны прямого и обратного хода. На трубопроводах специальных систем применяются регуляторы прямого действия (редукционные клапаны) на среды: морская и пресная вода, воздух, водород, азот.
В судовых системах для морской воды применяются редукционные клапаны с ОI 15-50 мм со штуцерными и фланцевыми соединениями на редуцированное давление 1-4 кгс/см2.
Основные детали выполнены из бронзы или ‚планов; пружины, как правило, защищены от непосредственного воздействия рабочей среды и выполнены из пружинной
стали, мембраны - из резины с бульбообразной заделкой и одной тканевой прокладкой. Тарелки плунжера плоские, с завулканизированным резиновым уплотнительным кольцом, уплотнение плунжеров и тарелок выполнено резиновыми кольцами круглого сечения. Клапаны рассчитаны на работу в интервале температур проводимой среды до +32 С. для возщса применяется несколько различных конструкций редукционных клапанов: по схеме регуляторов обратного хода; односедельные с уравновешивающим поршнем; со слежением вторичного давления; следящего действия с регулирующим органом и уравновешивающей мембраной, Наибольшее распространение в судовых системах получили редукционные клапаны, выполненные по схеме редукторов обратного хода.

В современных системах водоснабжения и трубопроводах различного направления используется огромное количество разнообразных деталей.

Применяются как обычные фитинги или запорные арматуры , также специальные полуавтоматические клапаны, без которых функционирование трубопровода нельзя было бы назвать автономным. Одной из таких деталей является редукционные клапаны, что отвечает за работу с давлением в системе.

Особенности, назначение и принцип работы

Принцип работы редукционного клапана давления — поддержание давления «на выходе» из системе. Причем давление он удерживает на постоянном уровне. Это значит, что работа клапана является полуавтоматической, а в присутствии человека он нуждается только на стадии настройки .

К примеру принцип конструкции редукционного клапана давления воды или пара, в одном из вариантов, включает затвор, который под действием давления воды или пара будет закрываться, а задатчик (пружинного типа), который подаёт на затвор усилие и не даёт ему закрыться.

Соответственно, сила сжатия пружины задатчика (усилие, противостоящие давлению воды, воздуха) не даёт затвору ход к закрытию. Таким образом, клапана способен работать практически автономно.

Как только давление воды в системе начинает превышать усилие пружины – затвор начинает закрываться, тем самым уменьшая давление до установленного (пока пружина опять не остановит ход затвора). Пружину можно настраивать, меняя силу ее натяжения.

Чем дороже, а также качественнее модель клапана, тем больше у него возможностей по настройке. Редукционные клапаны находят применение на различных устройствах, не обязательно речь идёт об предохранительной арматуре трубопровода.

Хотя, на трубопроводах, системах отопления и других подобных направлениях редукционные образцы встречаются чрезвычайно часто.

Не обойтись без них в промышленности. Правда, клапаны для промышленного применения отличаются повышенной надежностью, увеличенными габаритами и соответствующей ценой.

Пружинный клапан насоса масла применяется и в двигателях автомобилей, в частности – редукционный клапан высокого давления применяется на дизельных двигателях. Он регулирует уровень масла и давление в системе.

Виды редукционных клапанов

Теперь рассмотрим популярные виды такой продукции, а также их особенности.

Основная классификация этой разновидности регулирующей арматуры происходит по принципу:

  • Прямого действия. Принцип работы предусматривает, что регулирующий и измерительный компонент устройства взаимодействуют непосредственно (как в описанном выше примере – затвор и пружина);
  • Непрямого действия. Предполагает, что измерительный компонент (датчик, к примеру), передаёт данные на контроллер, которое затем уже воздействует на регулирующий элемент.

Если первый тип устройств не требует дополнительного источника внешней энергии, то второй тип будет нуждаться в таковом для работы постоянно.

Также, в зависимости от сферы применения и рабочей среды выделяют клапаны для воздуха, газа, масла, воды, пара, и т.д.

Это может определять принцип или конструктивные особенности конкретных моделей регулирующей арматуры на системе. Логичным будет и разделение предохранительной арматуры подобного вида по рабочей среде (воды воздуха, масла, пара), с которой она взаимодействует – агрессивной или неагрессивной.

К примеру, для воды клапаны по принципу работы делятся на поршневые и мембранные. Основное их различие в том, что клапаны поршневой разновидности функционируют так, что колебания давления потока на входе не создаёт колебаний на выходе (ещё говорят – «разгружены по давлению»).

Мембранные же соответственно, «не разгружены», что иногда может считаться недостатком этого типа регулирующей арматуры.

В силу особенностей конструкции, поршневая арматура более чувствительна к загрязнению и требует дополнительных фильтров, а также регулярной чистки.

Мембранные разновидности более надёжны в работе и неприхотливы в эксплуатации, предохранительный редукционный клапан такого типа не требует большого перепада давления для функционирования.

Аналогично, пружинные предохранительные клапаны применяются на других системах. К примеру, для подачи рабочей среды в виде пара, газа, воды, или гликолевого раствора (системы, работающие при минусовой температуре) используются идентичная предохранительная арматура.

При формировании отопительных систем, где за основу взят масляный нагревательный котёл, работающий на мазуте – применяется редукционный клапан общего давления топлива аналогичного принципа действия.

Определяющими характеристиками для применения того или иного редукционного клапана являются: граничное давление на системе, пропускная способность и расход рабочей среды. Очень важно, чтобы все эти показатели полностью соотносились с аналогичными в системе.

Тогда у вас будет своеобразный запас мощности, который гарантирует, что устройство не повредится при перегрузках. Плюс к этому стоит заметить, что работая в нормальном режиме и без максимальных нагрузок, любая деталь продержится дольше.

Да и вообще, старайтесь заранее определить качество сборки устройства. Не нужно иметь больших навыков или опыта чтобы понять, правильно ли собран клапан, подогнаны ли у него все детали и т.д. Не поленитесь обратить внимание на всякие мелочи. Например, на задвижку клапана, качество закрепления пружины и т.д.

Такая внимательность сполна окупится, ведь она обязательно предостережет вас от покупки бракованных товаров.

Также, на редукционный газовый клапан может встраиваться запорный механизм . К примеру, в устройстве может предполагаться полная блокировка подачи газа на случай падения давления на системе ниже определённого.

Редукционный клапан системного давления пара обычно применяется в системах вместе с другим вспомогательным и регулирующим оборудованием. Установка и особенности монтажа во многом будут зависеть от назначения конкретного трубопровода, типа соединения.

Данная разновидность предохранительной арматуры представлена множеством моделей от разных производителей и с различными условиями использования.

О текущих ценах

Редукционный клапан требуемого давления воздуха (сжатого) и воды от компании Honeywell в зависимости от диаметра будет стоить от 60 (D15) до 230 (D50) долларов. Речь идёт о пружинном варианте со встроенным фильтром, который также может быть оснащён обратным фильтром.

Редуктор от Danfoss под резьбовое соединение (может функционировать, как редукционный клапан требуемого давления масла и работать с нейтральными рабочими жидкостями, в том числе – с мазутом) будет стоить в среднем от 35 долларов.

Купить редукционный клапан от других известных производителей можно по цене 30-70 долларов. Его стоимость будет зависеть от качеств клапана, его характеристик и размеров.

Если же вас интересует редукционный клапан для регулировки давления воздуха по более низкой цене, то можете внимание на продукцию из Китая или стран Азии. Ее продают за 20-30 долларов или даже дешевле. Однако покупаете вы подобные детали на свой страх и риск.

В одном случае они могут прослужить вам длительное время без доставления неприятностей, в другом же они ломаются за короткий периода эксплуатации. Причем ремонту дешевый клапан, как правило, не подлежит.

Схема работы и устройство клапана (видео)

Нюансы монтажа

В случае работы с системами подачи воды, арматурный узел редукционного типа устанавливается на входе трубопровода к потребителю. Данный тип установки позволяет в некоторых случая компенсировать перепады давления воздуха в системе.

К примеру, когда речь идёт о многоэтажных домах и на верхних этажах возникает существенная разница в давлении – именно данная разновидность трубопроводной арматуры на системе отвечает за стабилизацию и бесперебойное водоснабжение.

  • Если производителем не оговорено иное – клапан может быть установлен на систему на любой трубопровод (горизонтальный, наклонный, вертикальный).
  • Обычно на участке до и после установленного редукционного клапана также устанавливаются манометры для контроля давления в системе.
  • Если участок, на котором установлен редукционный клапан не должен подвергаться повышению давления сверх определённого максимума, вместе с ним устанавливается ещё один предохранительный – что позволит обезопасить работу системы даже в предаварийных ситуациях.
  • Если на системе водопровода используется поршневой тип арматуры – по ходу воды перед редукционным узлом нужно установить фильтр, чтобы дополнительно обезопасить работу механизма.
  • Иногда необходима установка дополнительных фильтров. Особенно это полезно, если среда в трубах может быть загрязнена.
  • Рекомендуется монтировать клапан с помощью резьбовых соединений или фланцев. Сварка, конечно же, очень надежна, но не дает возможности за считаные минуты снять клапан с трубы и заменить, что не очень удобно.

Зачастую причиной перепадов давления становится протечка кранов и прорыв труб. Из-за этого редукционный клапан в системе водяного снабжения является необходимостью, которая регулируется нормативными актами.

Регулятор – важнейший прибор, при помощи него происходит ограничение водяного давления в системе. Использование его необходимо для исключения аварийных ситуаций и сохранности труб, кранов и других составляющих. Плюс ко всему редукционный клапан значительно экономит воду.

Клапан редукционный Danfoss 7bis

Назначение

Редукционные клапаны служат для центральных, автономных и распределительных систем холодного водяного снабжения. Понижение давления нужно, первостепенно, для безопасного пользования бытовой и коммерческой гидротехники.

Для чего нужен редукционный клапан понятно, а вот используется он в:

  • сетях водоснабжения;
  • насосных установках;
  • системах полива посевов;
  • пожаротушительных системах.

Достоинства применения редуктора :

  1. Защитная функция от разных гидравлических ударов, сильных перепадов давления.
  2. Снижение расхода воды, и, как следствие, экономия средств.
  3. Существенное понижение уровня шумов, а также вибрации.
  4. Стабильное давление потока.

Редукционный клапан давления воды необходимо устанавливать в следующих случаях:

  1. При статистическом давлении, превышающем 5 бар (1 бар равен 0,1 МПа).
  2. Для предотвращения перепадов давления в сети питьевой воды рекомендуемого значения.
  3. Если рабочее давление перед предохранительным клапаном превышает 80 % давления его срабатывания. Допустим, если давление срабатывания предохранительного клапана равняется 6 бар, редуктор устанавливается, если статистическое давление выше уровня 4,8 бар.
  4. Тогда, когда многоэтажки подпитываются водой из общего насоса, и когда нужно организовать участки с различным давлением.

Виды регулировочных клапанов

Редукционный клапан Spirax Sarco BVR2S

Редукционные клапаны бывают двух видов и отличаются друг от друга принципом действия. Классифицируют их главным образом так:

  1. Редукторы прямого действия. Принцип работы заключается в прямом контакте компонентов регулировки и измерения.
  2. Редукторы непрямого действия. Здесь элемент измерения (допустим, датчик), передаёт сообщения на контроллер, который потом уже влияет на элемент регулировки.

Разница устройств ещё и в том, что если в первом случае не требуется дополнительного источника энергии извне, то во втором случае этот энергетический источник будет нужен всегда.

Кроме всего, исходя из сферы использования и рабочей среды, различают воздушные, газовые, масляные, паровые, водяные клапаны и пр. Это влияет на принцип и особенности конструкции определённых моделей арматуры для регулировки. Логично будет разделить предохранительную арматуру данного вида по среде работы, с которой она контактирует – агрессивной / неагрессивной.

Редуктор давления мембранный Watts DRV 15 N

Допустим, клапаны редукционные для регулировки давления воды разделяют на поршневые и мембранные. Главное отличие заключается в том, что поршневые работают таким образом, что перепады давления потока на входе не формирует перепадов на выходе. Мембранные же противоположны, и это можно посчитать минусом данного типа регулирующей арматуры. Вследствие конструктивных особенностей, поршневая арматура чувствительнее к загрязнениям, и поэтому ей нужны фильтры, плюс – своевременная чистка.

Регуляторы давления воды мембранного типа надёжнее в функционировании и не требовательны в пользовании, они не нуждаются в значительном перепаде давления для работы.

Также и пружинные клапаны используются в иных системах. Допустим, для подачи рабочей среды (газ, вода, пар либо гликолевый раствор) применяется аналогичная арматура предохранения.

Клапан редукционный поршневой Valtec

Принцип работы и установка редуктора давления

Принцип работы редукционного клапана не включает в себя ничего сложного. В основе лежит выравнивание усилий – пружина с клапаном сопротивляются диафрагме. Получается, если в комнате включили воду, выходной напор упадёт и клапан откроется, а давление будет нарастать до того времени, пока напряжения диафрагмы и пружины не сравняются.

Что касается установки редуктора, необходимо придерживаться определённых правил:

  1. Монтаж должен осуществляться только в тёплом помещении с обогревом. При этом должен быть обеспечен лёгкий доступ к прибору.
  2. Корпус прибора не должен деформироваться.
  3. Направление потока воды обязано соответствовать стрелке на регуляторе давления воды.
  4. Перед установкой обязательно проводят чистку труб, удаляют изнутри разные загрязнения.
  5. Для последующего использования понадобится вентиль .

Установив сетчатый фильтр, вы тем самым избежите засорения конструкции, известковым налётом и прочим мусором.

Если по шагам расписать суть монтажа клапана, получится приблизительно такой список:

  1. Первоначально убеждаемся, что вода в системе перекрыта, дабы избежать потопа.
  2. Открываем все выходы для спуска воздуха и последующей промывки системы.
  3. Производим монтаж вентилей до и после клапана для последующего обслуживания.
  4. Сверяемся с направлением потока и стрелкой на корпусе.
  5. Регулируем водяной редукционный клапан.

Замена редукционного клапана также не должна вызвать у вас трудностей.

Перед покупкой редуктора стоит внимательно изучить всю информацию о его видах, изготовителях, не забывать и про собственные требования и финансовые возможности.

Не стоит жалеть денег, купите фильтр для водяной очистки. Таким образом, вы убережёте редукционный клапан от скопления грязи и, соответственно, сделаете период его эксплуатации дольше.

Производители

Популярными моделями редукционных клапанов являются приборы Adca, Honeywell, модель Danfoss 7bis, Вrv2s и SRV 2S Spirax Sarco .

Датский редукционный клапан 7bis Данфосс с бронзовым корпусом имеет температуру перекачиваемой среды от -10 до +80 °C. Рабочее давление 16 бар. Диапазон настройки давления 1,0-5,5 бар. Заводская настройка давления равна 3 бар.

Устройство редукционного клапана Danfoss 7bis

Вrv2s и SRV 2S Spirax Sarco – отличие одного от другого в том, что редукционный клапан Вrv2s выполнен из чугуна с сильфоном из нержавейки, а SRV 2S Spirax Sarco – из нержавейки.

Теперь вы знаете, что такое и для чего служит редуктор. Редукционный клапан – это незаменимый прибор, при помощи которого осуществляется ограничение давления воды в системе.