Клапан обратный фланцевый: виды, принцип действия, монтаж

Основная задача, которую решает клапан обратный фланцевый, устанавливаемый на трубопроводы различного назначения, заключается в том, чтобы обеспечить движение транспортируемой среды в одном направлении. Конструктивные особенности обратного клапана, для установки которого используется фланец, позволяют такому устройству в автоматическом режиме останавливать движение транспортируемой среды в тот момент, когда такое движение начинает выполняться не в том направлении. Клапаны обратные фланцевого типа устанавливаются преимущественно на трубопроводах, по которым перекачиваются жидкие среды.

Чугунный обратный межфланцевый клапан в водомерном узле

Особенности и сферы применения обратных клапанов

Обратные затворы различных типов (в том числе и фланцевые) используются для защиты трубопровода от:

возникновения в нем обратных потоков рабочей среды;
гидравлических ударов.

Обратный поток в трубопроводах, как ясно уже из его названия, – это перемещение рабочей среды в противоположную сторону. Такое может произойти, в частности, когда насос, обеспечивающий подачу рабочей среды и ее перемещение, отключается. Если для систем отопления такое явление, как обратный поток, не особенно критично, то в канализационных и водопроводных системах, а также в трубопроводах, по которым транспортируются нефтепродукты и другие среды, допускать его возникновения нельзя. Именно поэтому применение в таких трубопроводных системах обратных затворов является обязательным требованием.

Клапан обратный фланцевый из нержавеющей стали, предназначенный для использования в среде нефтепродуктов

Еще одним нежелательным явлением, от последствий которого трубопроводные системы способен защитить фланцевый, обратный межфланцевый или любой другой клапан, является гидроудар. Характеризуется он тем, что в трубопроводе возникает резкий перепад давления транспортируемой среды, что приводит к формированию ударной волны, проходящей по всей протяженности трубопроводной системы.

Гидроудары могут со временем привести к разрушению отдельных участков трубопровода и выводу из строя элементов, которые используются для обеспечения его нормальной работы. При помощи обратных клапанов, устанавливаемых посредством фланцев или любым другим способом, систему разбивают на отдельные изолированные секторы, что позволяет эффективно защищать ее от последствий гидроудара.

Разница между клапаном и затвором

Обратные клапаны используются для предотвращения обратного потока среды в трубопроводе, который может стать причиной аварии, например, в случаи внезапной остановки насоса и др.

Затвор – это основной узел обратного клапана. Он пропускает среду в одном направлении и перекрывает ее поток в обратном.

По принципу действия и по конструкции обратные клапаны подразделяют на:

подъемные (Изображение № 1)
поворотный обратный затвор (Изображение № 2)

Изображение № 1 — Обратный затвор подъемного типа 1– корпус; 2– золотник; 3– пружина; 4– крышка; 5 – болт Изображение № 2 — Обратный затвор 1– корпус; 2– захлопка; 3– крышка; 4 – серьга
Затворы применяют:

в качестве подпиточных клапанов гидроприводов, работающих с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости;
в гидроприводах, представляющих собой несколько насосов, с целью исключения взаимовлияния при одномоментной работе;
в системах фильтрации — гарантируют движение потока только в одном заданном направлении;
в гидролиниях, требующих строго направления движения.

Как правило, затворы данного типа устанавливаются на горизонтальных и вертикальных участках. Их установка позволяет предотвратить аварийные ситуации, когда в результате падения давления на определенном участке трубопровода возникает обратный ток среды в смежных участках. Такие ситуации не только нарушают нормальную работу оборудования, но и могут вывести его из строя.

Затвор обратный межфланцевый АПА.ЗО Посмотреть

Затвор обратный С

Посмотреть

Затвор обратный RF 6666

Посмотреть

Принцип действия

Принцип, по которому работают обратные клапаны, достаточно прост, между тем такие устройства являются очень эффективными и в состоянии обеспечить надежную защиту частей трубопроводных систем. Любой обратный затвор вне зависимости от вида составляют корпус (стальной или чугунный) и расположенный в нем запорный элемент. Запорный механизм работает за счет давления специальной пружины, жесткость которой можно регулировать.

Пружина, которой оснащаются обратные клапаны, обеспечивает открытие их запорных элементов только в одну сторону – в сторону правильного движения транспортируемой среды. Оказывая давление на запорный элемент, удерживаемый такой пружиной, жидкость или газ, перекачиваемые по трубопроводу, открывают его и начинают двигаться в требуемом направлении. Как только давление рабочей среды в направлении открытия клапана начинает падать, запорный элемент закрывается, не давая жидкости или газу перемещаться в обратном направлении.

Принцип работы обратного клапана

Виды и свойства

Конструкция запорных элементов обратных клапанов, для установки которых используются фланцы, может быть различной. Выбор фланцевого затвора с определенным типом запорного элемента зависит от того, для решения каких задач предназначено такое устройство.

Итак, в зависимости от конструкции запорного элемента различают:

поворотный клапан;
обратный клапан подъемного типа;
обратный клапан с шаровым запорным элементом;
двухстворчатый обратный клапан;
приемный обратный клапан, оснащенный сеткой.

Конструкция некоторых обратных клапанов фланцевого типа

Клапан обратный поворотный – это запорное устройство, основной частью которого является стальной захлопывающийся диск, фиксируемый на подпружиненной оси. В тот момент, когда такой обратный клапан открыт, диск в его внутренней части располагается параллельно движению рабочей среды, а когда закрыт – перпендикулярно. Обратный поворотный фланцевый клапан отличается простой конструкцией и, соответственно, невысокой стоимостью. Если говорить о недостатках обратных клапанов данного типа, то наиболее значимым из них является то, что их поворотный механизм в момент закрытия слишком сильно захлопывает запорный диск, что со временем приводит к износу посадочного места. Подобного недостатка лишены поворотные обратные клапаны, оснащенные специальным механизмом, обеспечивающим плавное закрытие запорного диска. Между тем такие усовершенствованные фланцевые поворотные клапаны отличаются более высокой стоимостью, что несколько ограничивает их применение.

Устройство обратного поворотного клапана

В подъемных обратных клапанах фланцевого типа в качестве запорного элемента используется специальный золотник, который под давлением рабочего потока поднимается по вертикальной оси, а при снижении давления – опускается на свое посадочное место, перекрывая движение транспортируемой по трубопроводу среды. Следует иметь в виду, что такие клапаны за счет особенностей своей конструкции могут устанавливаться только в вертикальном положении.

В шаровых обратных клапанах, как следует из их названия, в качестве запорного элемента используется золотник, выполненный в виде шара. Большой размер не позволяет применять их в качестве межфланцевых запорных устройств.

Клапан обратный фланцевый шарового типа

Обратный двухстворчатый клапан, который выпускается преимущественно в межфланцевом исполнении, предполагает использование в его конструкции одновременно двух захлопывающихся створок. Каждая из них подсоединена к пружине, которая и регулирует силу их сопротивления давлению рабочего потока. Межфланцевый двухстворчатый клапан за счет небольших размеров его запорных элементов – створок – отличается очень компактными размерами.

Обратные клапаны, конструкция которых дополнительно оснащена сетчатым фильтром, используются для установки на трубопроводных системах для выкачивания нефти, газа или воды из подземных источников. Такие устройства, наиболее популярной моделью которых является 16Ч42Р, одновременно решают две важные задачи: их запорный механизм не дает жидкости или газу вернуться обратно в источник, а сетка защищает трубопровод от попадания в него крупного мусора.

Конструкция клапана 16Ч42Р различается в зависимости от габаритов изделия

Модель 16Ч42Р, корпус которой изготавливается из стали или чугуна, отличается широкой универсальностью и может устанавливаться на трубопроводах или насосах, используемых для перекачивания как жидких, так и газообразных сред.

Габаритные и присоединительные размеры клапана 16ч42р

Расчеты фланцевых соединений и крепежа

9.1 Определение размеров фланца

После того как выбрана конструкция фланцевого соединения и подобран материал прокладки, чертится его эскиз и определяются размеры.

Фланцы штуцеров выбираются стандартными по ГОСТ 1255-67, ГОСТ 12828-67, ГОСТ 12834-67.

Фланцевые штуцера представляют собой патрубки, выполненные из труб с приваренными к ним фланцами.

Фланцы аппаратов берут со стандартными размерами по ГОСТ 28759.1-90…ГОСТ28759.8-90 или с нестандартными размеры.

Аппаратом в данном случае является емкость, состоящая из цилиндрической обечайки, днища и крышки, предназначен для нагревания, охлаждения определенных продуктов и др. процессов.

Расчеты можно посмотреть перейдя по ссылке.

9.2 Расчет фланцевого соединения на прочность и герметичность

Делая расчёт фланцевого соединения, приходится решать несколько задач: соединение должно быть прочным, жёстким и герметичным. Фланцевые соединения штуцеров могут на прочность не рассчитываться. Фланцевые соединения штуцеров стандартизованы, для каждого вида штуцера оговорен наружный диаметр патрубка условный диаметр штуцера, толщина патрубка и общая высота штуцера Фланцевые соединения аппаратов стандартные и нестандартные обязательно должны рассчитываться на прочность по ГОСТ Р 52857.4–2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Расчёт на прочность и герметичность фланцевых соединений».

Расчеты можно посмотреть перейдя по ссылке.

9.3 Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладок

9.4 Расчет фланцев на статическую прочность

9.5 Проверка углов поворота фланцев

Приложения к расчетам.

Фланцевые и межфланцевые обратные клапаны: различия

Обратные клапаны, для установки которых на трубопроводных системах используются фланцы, могут относиться к одному из следующих типов:

фланцевым;
межфланцевым.

На устройствах фланцевого типа фланец на подающей части и фланец обратный привариваются к корпусу клапана и составляют с ним единое целое. Фланцевые обратные затворы используются преимущественно для оснащения труб большого диаметра, при помощи которых транспортировка рабочих сред осуществляется в промышленных масштабах.

Слева – межфланцевый клапан, справа – клапан с фланцевым закреплением

В межфланцевых обратных клапанах практически отсутствуют крепежные элементы. Такой тип установки, как уже говорилось выше, очень часто используют для монтажа двустворчатых обратных клапанов. Сам клапан при этом (в частности, двухстворчатый межфланцевый) устанавливается между двумя фланцами, зафиксированными на концах соединяемых труб. После его размещения в специальных посадочных местах, которые оснащаются уплотнительными элементами, фланцы стягивают между собой при помощи резьбовых шпилек. Несмотря на видимую ненадежность такого соединения, если оно выполнено правильно, обратный межфланцевый клапан фиксируется с такой же надежностью, что и устройства любых других видов.

Обратные клапаны могут устанавливаться на трубопроводные системы при помощи не только фланцев, но и муфт или сварного соединения. Однако, если говорить о трубопроводах большого диаметра, на них такие затворы устанавливают только с использованием фланцев.

Способ монтажа обратного клапана зависит от его исполнения

Типы фланцевых конструкций

По конструкции и способу соединения c корпусом аппарата различают следующие основные типы фланцев:

Рис. 2 Типы фланцевых соединений

На территории Российской Федерации наибольшее распространение получили три следующих фланцевых стандарта:

По ГОСТ 12820-80 — фланец стальной плоский приварной.

По ГОСТ 12821-80 — фланец стальной приварной встык.

По ГОСТ 12822-80 — фланец стальной свободный на приварном кольце.

Таблица 1. Варианты исполнения фланцевых соединений.

1.1 Плоские приварные фланцы (рис. 3) являются самыми простыми по своей конструкции.

Их широко применяют на стальных аппаратах и трубопроводах. Плоские приварные фланцы представляют собой плоские кольца, приваренные к краю обечайки по её периметру. Они также могут изготавливаться с защитным кольцом (рис. 4) в целях экономии конструкционного материала. Этот тип фланца применяется при следующих условиях: Ру.=0,1 – 2,5 МПа, температура рабочей среды — до 300 °С.

Рис. 3. Плоский приварной фланец

Рис. 4. Плоский приварной фланец с защитным кольцом

1.2 Фланцы воротниковые имеют несколько конструктивных разновидностей.

Фланцы приварные воротниковые обладают более высокой жесткостью и прочностью. Они применяются при давлениях до 20 МПа.

Наиболее распространены фланцы кованые и приварные встык, широко применяемые на стальных сварных аппаратах. Приварные встык фланцы (рис. 5) имеют конические втулки-шейки. Втулка фланца приваривается стыковым швом к обечайке и значительно увеличивает прочность фланца. Если аппарат изготовлен из дорогостоящей легированной стали, то такой фланец в целях экономии конструкционного материала делают с защитным кольцом (рис. 5). Этот тип фланцев применяется при следующих условиях: Ру.= 1,6 – 6,4 МПа, температура рабочей среды — до 300 °С.

Рис. 5. Фланец приварной с шейкой

На чугунных и стальных литых аппаратах делают воротниковые фланцы, отлитые заодно с корпусом аппарата.

Находят применение фланцы, сваренные из двух частей: тарелки и втулки (шейки).

Рис. 6 – Фланец, сваренный из двух частей

На аппаратах и трубопроводах из кислотостойкой стали фланец иногда выполняют из углеродистой стали и защищают его накладками из кислотостойкой стали.

Рис. 7 – Фланец, защищенный накладками из кислотостойкой стали

1 – кислотостойкая сталь; 2 – углеродистая сталь

1.3 Фланцы стальные свободные на приварном кольце могут быть выполнены в нескольких вариантах. Этот тип фланца применяется при: Ру.=0,1 – 2,5 МПа, температура рабочей среды — до 300 °С

Стальные свободные фланцы на отбортовке применяют на аппаратах из мягких цветных металлов (алюминия, меди и др.), а также из некоторых пластмасс, поддающихся отбортовке. Их также используют при необходимости максимально сэкономить конструкционный материал, например титан или высоколегированную сталь. Фланцы на отбортовке применяют для условного давления до 0,6 МПа.

Рис. 8 – Фланец свободный на отбортовке

Фланцы на утолщении (бурте) устанавливают на аппаратах из стекла, керамики и пластмасс, не поддающихся пластической деформации (например, фаолита — кислотоупорной термореактивной пластмассы), а также в тех случаях, когда считают нежелательным сварку патрубка из высоколегированной стали с фланцем, изготовленным из углеродистой стали. Фланцы с буртом, укрепленные шейкой, применяют для весьма значительных давлений – до 10 МПа.

Рис. 9 – Фланец на утолщении (бурте)

1.4 Фланцы на резьбе применяют на трубопроводах высокого давления, где сварка нежелательна, а также там, где есть необходимость снимать фланец для разборки узла.

Рис. 10 – Фланец на резьбе

1.5 Свободные разборные фланцы применяют для соединений трубопроводов и аппаратов из стекла, керамики и других хрупких материалов.

Они выполняются в двух вариантах:

Фланцы разъемные из двух частей. Изготавливают такие фланцы из ковкого чугуна. Обе половины стягиваются болтами.

Рис. 11 – Фланец разъемный из двух частей

• Фланцы с разъемным кольцом. Этот вид фланцев дешевле и удобнее в монтаже/демонтаже, чем разъемные, но менее компактный.

Рис. 12 – Фланец с разъемным кольцом

1 – кольцо из двух половин

1.6 Фланцы со стяжными скобами применяют для эмалированных аппаратов, чтобы уменьшить массу и улучшить температурный режим при обжиге эмали. Такое соединение выдерживает давление до 0,5 – 0,6 МПа. Скобы устанавливают с очень малым шагом (почти вплотную).

Рис. 12 – Фланец со стяжной скобой

Преимущества и недостатки обратных клапанов фланцевого типа

Поскольку обратные клапаны фланцевого типа используются чаще всего для оснащения трубопроводов, по которым рабочая среда транспортируется с высокой интенсивностью, внутренние элементы таких устройств (в частности, запорный механизм) испытывают значительные ударные нагрузки в процессе эксплуатации. Кроме того, обратный клапан фланцевого типа из-за значительных габаритов сам является причиной возникновения гидравлических ударов. В процессе закрытия створок клапана в трубопроводе, в котором он установлен, неизбежно повышается давление, что и приводит к формированию гидроудара.

В тех трубопроводных системах, в которых гидравлический удар не способен оказать существенного влияния на работоспособность как отдельных элементов, так и системы в целом, используются обратные клапаны простого тип. Диаметр последних, как правило, не превышает 400 мм. В иных случаях применяются обратные клапаны безударного типа. Плавное и мягкое закрытие запорного элемента во фланцевых клапанах безударного типа могут обеспечивать специальные грузы или гидравлические демпферы. Между тем, выбирая для оснащения трубопроводной системы обратные затворы безударного типа, следует иметь в виду, что устанавливать их можно только на горизонтальных участках.

Фланцевый безударный клапан осевого типа

К наиболее значимым из преимуществ фланцевых обратных клапанов следует отнести:

компактные габариты, что позволяет устанавливать такие устройства практически на любых участках трубопроводной системы;
возможность эффективной работы даже в тех системах, рабочая среда в которых характеризуется сильным загрязнением;
возможность установки на трубопроводах, отличающихся большим диаметром.

Стандарты и классы фланцевой арматуры

Чтобы позволить компонентам внутри систем быть взаимозаменяемыми, инженеры разработали стандартные размеры для болтов и фланцевой арматуры для различных размеров труб и диапазонов давлений.

Соблюдение этих стандартов является добровольным, но их применение обеспечивает безопасность при указанных давлениях и температурах, а также равномерность, так что фланцевые клапаны и фитинги разных производителей могут быть взаимозаменяемы.

Стандарты обеспечивают размеры для различной фланцевой арматуры. Учитывая эти аспекты, организации по разработке стандартов устанавливают оценки давления для фитингов на основе материалов, из которых они изготовлены, и температуры, при которых они используются. Классы 125, 250, 300 и другие вызывают значительную путаницу в промышленности. Это связано с тем, что классы часто интерпретируются как номинальные давления для фланцевой арматуры.

Вместо этого эти классы являются «обозначениями», которые обычно представляют собой давление и температуру насыщенного пара:

арматура класса 125 рассчитана на 50 кг на квадратный метр при 1780 По мере повышения температуры давление в арматуре уменьшается.
арматура класса 150 рассчитана на 120 кг/кв. метр при условиях окружающей среды (38 ° C), 80 кг/кв. метр при 204 ° C, 50 кг – при 316 ° C и 34 кг/кв. метр 427ºC.

Когда температура повышается, номинальное давление снижается и наоборот. Необходимо использовать расчетные таблицы соответствующих стандартов, чтобы применить фланцевую арматуру к системе трубопроводов.

Во всех случаях, когда максимальная температура увеличивается, уровень давления фланца снижается. Металлы слабее при высоких температурах.

В большинстве случаев параметры давления не соответствуют обозначению класса арматуры при температуре 100 ° F (38 ° C).

Особенности выбора

Основными параметрами, на которые следует обращать внимание при выборе обратного клапана (в том числе фланцевого), являются:

рабочее давление, при котором может работать такое устройство;
диаметр условного прохода.

Узнать о том, какому рабочему давлению соответствует обратный клапан, можно по маркировке устройства, в которой данный параметр обозначается буквами РУ. Цифры, стоящие в маркировке после таких букв, указывают на то, для какого рабочего давления предназначено устройство. Например, обозначение РУ16 указывает на то, что фланцевый затвор может работать при давлении 16 Бар, не подвергаясь чрезмерному износу.

Маркировка обратного клапана

Условный диаметр, от которого зависит, на каком трубопроводе может быть установлен клапан фланцевого типа, обозначается буквами ДУ. Соответственно, цифры, следующие в маркировке после этих букв, указывают на значение условного диаметра обратного клапана в миллиметрах. Выбирая обратный клапан по данному параметру, имейте в виду, что монтировать такое изделие можно только на элементах трубопровода, которые имеют такие же размеры. Другими словами, модель ДУ80, например, может быть установлена только на трубах или других элементах трубопроводной системы, посадочный диаметр которых соответствует значению 80 мм.

Варианты исполнения фланцевой поверхности

В соответствии с требованиями ГОСТ имеется девять исполнений поверхности фланца (рис. 14), При подборе ответных фланцев трубопроводной арматуры, кроме условных прохода и давления, необходимо указывать исполнение уплотнительной поверхности. Следует отметить, что для свободных фланцев различные исполнения возможны только у приварного кольца.

Рис. 13. Варианты исполнений поверхности фланца.

1. — соединительный выступ; 2 — выступ; 3 – впадина; 4 – шип; 5 – паз; 6 – под линзовую подкладку; 7 – под прокладку овального сечения; 8 – с шипом под фторопластовую прокладку; 9 – с пазом под фторопластовую прокладку.

Фланцы с выступом, впадиной применяются при давлении до 1,6 МПа. Фланцы с шип-пазом применяют при обработке ядовитых, коррозионных и взрывоопасных сред при давлении до 6,4 МПа. Фланцы в исполнении 1 используются при условном давлении не выше 6,3 МПа.

Существует следующая схема стыковки фланцев по исполнениям:

Рис. 15. Схема стыковки фланцев по исполнениям уплотнительной поверхности

3. Прокладки фланцевых соединений

Надежность и качество фланцевого соединения во многом зависит от выбора уплотнительной прокладки. Для фланцевых соединений применяются как мягкие неметаллические, полуметаллические, так и полностью металлические прокладки.

Прокладка – это отдельный сжимаемый элемент соединения, который, находясь в сжатом состоянии между фланцевыми деталями трубопроводов, под действием давления от затянутых крепежных изделий, заполняет собой промежуток между соединяемыми деталями.

Подвижное или неподвижное уплотнение фланцевых разъемов обеспечивают различными материалами: резиной, паронитом, легкоплавким уплотнителем и др. Фланцы плоские герметизируют, применяя мягкие металлические или гофрированные прокладки с мягкой набивкой.

Для исполнений фланцев 1, 2, 3, 4, 5 допустимо использование широкого перечня прокладок: металлических (в т. ч. зубчатых), металлографитовых на основе терморасширяющегося графита (ТРГ), спирально-навитых (СНП), эластичных (они особенно востребованы для чугунных фланцев). Если речь идет о вредных веществах 1, 2 или 3 классов опасности или пожаро-взрывоопасных веществах, для фланцев с исполнением уплотнительной поверхности 1 следует использовать волновые прокладки ТРГ с упругим вторичным уплотнением, а прокладки СНП снаряжать двумя ограничительными кольцами.

Более подробную информацию об уплотнительных материалах Вы сможете почерпнуть из статьи «Уплотнения в трубопроводной арматуре».

Фланцы с уплотнительными поверхностями исполнений 6 и 7 применяют с линзовыми прокладками, а также прокладками овального и восьмиугольного сечения. А фланцы с уплотнительными поверхностями исполнений 8 и 9 ─ с прокладками на основе фторопласта-4.

Размеры прокладки должны обеспечивать собираемость фланцевого соединения с учетом размеров исполнений уплотнительных поверхностей фланцев, а конструкция ─ центрирование прокладки при сборке, предотвращая возможность выдавливания. Лучшую фиксацию прокладки могут обеспечить отдельные элементы конструкции фланца. Например, паз под прокладку и шип в ответном фланце образуют своего рода замок, защищающий прокладку и тем самым повышающий надежность соединения.

Монтаж

При монтаже стального фланцевого вентиля выполняют следующие действия:

очищают плоскости фланцев от грязи и окалины;
осматривают резьбу болтов и гаек на наличие участков, повреждённых коррозией. При обнаружении разрушений метизы следует заменить или отремонтировать;
выполняют удаление заусениц с резьбовых частей;
у крепёжных изделий смазывают участки резьбы, прилегающие к фланцу или шайбе. Смазка уменьшит коэффициент трения в момент затяжки болтов, сократит количество срывов болта и удлинит срок их службы;

устанавливают новое уплотнительное кольцо, выравнивая его по центру;
проверяют соосность фланцев по регламенту ASME B31.3;
регулируют положение гаек, так чтобы резьба болта на 2-3 витка возвышалась над её верхней поверхностью;
затягивают болты любым динамометрическим ключом.

Нашли для себя что-то интересное? Подписывайтесь на наш канал и делитесь полезными идеями в социальных сетях.

Обратный клапан фланцевый: применение, виды, преимущества и недостатки