Причины неисправностей клапанов понижения давления Honeywell и способы их устранения. Регулятор давления после себя, до себя и перепада давления

Стандартные вопросы по эксплуатации клапанов понижения давления Honeywell

Клапаны понижения давления служат для уменьшения давления входящего потока до значения давления, требуемого на выходе и постоянного поддержания этого давления вне зависимости от расхода. Такие клапаны также принято называть регуляторами давления, редукционными клапанами или просто, редукторами.

Клапан понижения давления следует монтировать в следующих случаях:

Если статическое давление превышает 5 бар (1 бар = 0,1 Мпа)

Чтобы предотвратить скачки давления в сети питьевой воды выше предусмотренного значения.

Когда рабочее давление перед предохранительным клапаном может превысить 80% давления его срабатывания. Например, если давление срабатывания предохранительного клапана составляет 6 бар, клапан понижения давления монтируется, если статическое давление превышает 4,8 бар.

В случае, если многоэтажные здания подпитываются водой от общего насоса и когда необходимо обеспечить наличие участков с разным давлением.

Рассмотрим принцип работы самых простых клапанов понижения давления (у Honeywell это серии D04, D06F, D15P, D17P, а также комбинированные фильтры FK06 и HS10S, в состав которых входит клапан понижения давления D06F)

Такие клапаны содержат систему мембрана (2)-пружина (1), которая открывает или закрывает клапан в зависимости от величины давления на выходе из клапана понижения давления.

Другие узлы клапана – неподвижное седло клапана (3) и подвижный диск клапана (4). Давление на входе действует на камеру I, а давление на выходе – приложено к камере II.

Клапан действует по принципу равновесия сил (третий закон Ньютона). Усилие, развиваемое мембраной, действует против усилия сжатия пружины. При отборе воды давление на выходе, а следовательно, усилие развиваемое мембраной, падает, при этом возникает дисбаланс сил мембраны и пружины, заставляющий клапан открыться. После этого давление на выходе (в камере II) возрастает до тех пор, пока усилия мембраны и пружины не сравняются.

Для того, чтобы снять любое воздействие давления на входе на давление за клапаном, необходимо нейтрализовать любое влияние, которое давление на входе может оказывать на диск клапана. Самый простой вариант – это применение уравновешивающего поршня (5) на рис.1, площадь которого равна площади диска клапана (4). Силы, создаваемые исходным давлением на диске клапана и на уравновешивающем поршне, равны. Однако они направлены противоположно друг другу и, поэтому, уравновешиваются.

В клапанах D06F (рис. 2) схожая задача решается фиксацией диска клапана (4) и приданием подвижности седлу клапана в регулирующей втулке (6). Так как давление на входе в равной мере приложено к верхней и нижней кольцевым поверхностям втулки, силы давления уравновешиваются и поэтому не влияют на давление на выходе.

Определение условного диаметра Ду

Для обеспечения бесперебойной работы системы условный диаметр регулятора давления не следует выбирать просто равным диаметру трубопровода, потому что в этом случае есть вероятность того, что будет выбран клапан завышенного диаметра. При этом расход может быть настолько малым, что регулирующий клапан будет работать практически в закрытом положении, при котором возможна нестабильность в работе.

Основным определяющим фактором при выборе клапана, регулирующего давление, является суммарный расход, который требуется отбирать на выходе каждой регулирующей системы. В случае снабжения водой жилых зданий следует соблюдать местные нормативы.

Монтаж

В процессе монтажа следует учитывать или соблюдать несколько основных правил

Регулятор давления D06F испытывается на защиту от шума с уровнем шумового давления

Решение проблем.

Давление на выходе медленно растет, несмотря на центральное положение клапана понижения давления

При нулевом потоке давление на выходе быстро растёт, сравниваясь с давлением на входе

При наличии потока давление на выходе быстро падает

Отсутствие потока

Неустойчивое регулирование давления, вызывающее колебания давления на выходе

Возникает сильный шум

Утечка воды через гильзу пружины

Показания индикатора на шкале (для D06F, FK06, HS10S) отличаются от показаний манометра на трубопроводе

Вопросы по нежелательному росту давления, сверх установленного

Тонкие фильтры, используемые в конструкции клапанов понижения давления D06F (FK06, HS10S) изготовлены из нержавеющей сетки с размером ячейки 0,16 мм. Поэтому крайне низка вероятность того, что грязь на седле и шпильке станет помехой надёжной работе клапана и что может произойти нежелательный рост давления за клапаном (т.н. «ползучесть»)

Однако, стоит позаботиться о том, чтобы во время эксплуатации грязь не смогла попасть в конструкцию клапана понижения работы, потому что способна нарушить его нормальную работу. Клапаны с попавшими под мембрану частичками грязи или мелкими песчинками иногда возвращают как «неисправные»

Иногда есть попытки вернуть также клапаны понижения давления, в которых вообще не обнаруживается никаких неполадок. Поэтому, когда и у второго клапана на том же месте обнаруживается «ползучесть», можно быть уверенным, что причиной неполадки является появившаяся в системе перемычка, иначе говоря, нежелательный гидравлический байпас между трубопроводом высокого давления и участком системы с пониженным давлением.

! Чаще всего байпас возникает между нерегулируемой подачей холодной воды и подачей горячей воды при сниженном давлении, когда в системе соединяются линии подачи холодной и горячей воды. Иногда это имеет место в центральном термостатическом смесительном клапане, но гораздо чаще – в выходной арматуре, например, в одноканальных смесителях, смесительных кранах для моек, термостатических смесителях для ванной и душа и т.п. Для предотвращения прохода холодной воды по перемычке в линию горячей воды (например, через термостатические смесители) на входных участках горячей и холодной воды устанавливают обратные клапаны. При неплотном закрытии обратного клапана, подсоединённого к штуцеру подачи горячей воды, холодная вода может спокойно перетекать в линию горячей воды. Данные проблемы не возникают, например, у комбинированного водоразборного узла HS10S, в состав которого входят и регулятор давления D06F, и обратный клапан RV277.

! Если давление холодной воды выше рабочего или расчётного давления предохранительного клапана, установленного на приборе горячей воды, то из этого клапана будет постоянно сочиться вода. В некоторых обстоятельствах это может наблюдаться только ночью, когда малый разбор воды из сети приводит к повышению статического давления.

Чаще всего, однако, оказывается, что рост давления обнаруживается на манометре, установленном до клапана понижения давления, из-за того, что обратные клапаны, поставленные после клапанов понижения давления, редко бывают плотно закрытыми.

Однако клапан понижения давления не будет пропускать воду, пока давление на выходе больше установленного. Редуктор действует как плотно закрытый обратный клапан. Кроме того, клапаны понижения давления модели D06F (в т ч в устройствах с этим клапаном FK06 иHS10S) сконструирован так, что все детали на выходной стороне клапана выдерживают давление, равное максимально допустимому давлению на входе, без ущерба для работы клапана.

При установке редукционного клапана сразу после водосчетчика (в качестве центрального) эта проблема обычно не возникает, поскольку контуры холодной и горячей воды находятся под одинаковым давлением. Однако наличие даже одной линии отбора воды до клапана понижения давления (например, в гараж или в сад) может вызвать эту проблему в системе с центральным клапаном понижения давления, если линия идет в узел подогрева горячей воды (например, через одноканальный смесительный клапан)

Для полноты картины следует также отметить, что там, где отдельный клапан понижения давления устанавливается с целью регулирования запаса горячей воды, расширение воды из-за разогрева вызовет подъем давления выше установочного давления и до рабочего давления предохранительного клапана. Это также может иметь место в схемах с центральными клапанами понижения давления, что приводит к работе описанного выше байпаса в обратном направлении.

Принцип работы регулятора давления воды основан на работе мембранной коробки за счет энергии рабочей среды в трубопроводе. Регуляторы давления прямого действия состоят из трех основных элементов: корпуса клапана, мембранного блока и пружинного задатчика. Внутри мембранного блока жестко закреплена чувствительная мембрана, которая делит мембранное пространство на две части. Мембрана жестко закреплена с конусом регулятора, таким образом, воздействуя на мембрану конус клапана закрывает или открывает проходное сечение регулятора и регулирует давление. На мембрану (через импульсную трубку (для регуляторов перепада давления RD122), или непосредственно отбор осуществляется через корпус клапана (как у RD102V и RD103V)) действует рабочая среда (вода, пар или др.), с противоположной стороны мембрана испытывает усилие пружины. Направления давления пружины и рабочей среды определяются типом регулятора давления: «перепада давления», «регулятора давления до себя» или «регулятора после себя».

При равенстве настроенного давления в регуляторе действительному давлению в системе (то есть система находится в равновесии) усилие настроенной пружины равно давлению рабочей среды. Чем выше давление в системе нужно поддерживать, тем больший коэффициент сжатия имеет пружина. При изменении давления в системе, импульс по импульсному трубопроводу напрямую воздействует на мембрану, а та в свою очередь воздействует на конус регулятора. Регулятор при росте давления в зависимости от типа (регулятор давления «до себя» или «после себя) соответственно открывается или закрывается.

Например, регулятор давления после себя, при отсутствии давления в системе (Рис. 1.1), нормально открыт. При повышении давления и превышении значения, настроенного с помощью настроечной пружины по показаниям манометра за регулятором, конус клапана начинает закрываться до тех пор, пока давление, предварительно установленное с помощью пружинного блока, не станет равно действительному давлению после регулятора.

Клапан регулятора давления после себя (Рис. 1.2.) при отсутствии давления нормально открыт. (На рисунке изображена схема установки регулятора на входной ветви). Импульсы давлений подаются через импульсные трубки из прямого (+) и обратного (-) трубопроводов. Данные импульсы воздействуют на мембрану, и (в зависимости от установленного заранее перепада давления с помощью настроечного винта) изменение перепада давления приводит к сдвигу конуса регулятора (3) и его закрытию или открытию до момента, когда величина перепада давления достигнет величины, установленной на пружинном блоке.

Регуляторы давления и клапаны регулирующие относятся крегулирующей арматуре, предназначенной для управления параметрами рабочей среды на определенном участке технологической системы или трубопровода, и состоят из двух функционально связанных частей:
-регулирующего органа – клапана (или заслонки),воздействующего на поток проходящей рабочей среды путем изменения их пропускной способности;
-исполнительного (управляющего) механизма , создающего управляющее воздействие на регулирующий орган. В качестве исполнительных механизмов могут быть использованы электрические, пневматические или гидравлические приводы.
В зависимости от положения регулирующего органа, регуляторы могут быть:
- нормально открытыми (НО) - с полностью открытым проходным сечением при отсутствии управляющего сигнала;
- нормально закрытыми (НЗ) – с полностью закрытым проходным сечением при отсутствии управляющего сигнала.
В зависимости от конструкции регулирующего органа регулирующие клапаны могут быть односедельными или двухседельными.
Односедельные регулирующие клапаны, по сравнению с двухседельными, обладают тем преимуществом, что обеспечивают герметичное перекрытие потока рабочей среды в закрытом положении.
Недостатком односедельных регулирующих клапанов является то, что их плунжер неразгруженный, и поэтому для них требуются более мощные приводы. Кроме того, при одном и том же условном проходе, односедельные клапаны имеют меньшую
(≈в 1,6 раза) величину пропускной способности, по сравнению с двухседельными.
Односедельные клапаны подразделяются на регулирующие и запорно-регулирующие.
Как правило, односедельные регулирующие клапаны применяют в тех случаях, когда необходимо получить надежное перекрытие потока при закрытом клапане, а также при регулировании потоков вязких жидкостей и неоднородных сред. Односедельные клапаны применяют также при малых условных проходах трубопроводов.
Двухседельные регулирующие клапаны имеют разгруженный затвор, что является одним из основных их преимуществ перед односедельными клапанами. Усилие, развиваемое рабочей средой вследствие наличия перепада давления на клапане, действует одновременно на оба жестко связанных между собой плунжера в противоположных
направлениях. Благодаря этому двухседельные регулирующие клапаны при одном и том же приводе можно применять при более высоких перепадах давления, по сравнению с другими типами клапанов.
Недостатком двухседельных регулирующих клапанов является невозможность герметичного перекрытия прохода из-за неравномерности температурной деформации деталей вследствие различия коэффициентов линейного расширения материалов затвора и корпуса, неравномерности износа обоих седел, сложности точной одновременной притирки плунжеров к седлам.
Вид действия (нормально открытый или нормально закрытый) двухседельного клапана может быть изменен путем различной сборки одних и тех же деталей (седел и плунжеров). Двухседельные регулирующие клапаны могут иметь линейную или равнопроцентную (логарифмическую) характеристику. При одном и том же условном диаметре эти клапаны могут иметь различные условные пропускные способности.

Регулирующие (запорно-регулирующие) клапаны

Клапаны предназначены для управления потоками жидких и газообразных сред, транспортируемых по трубопроводам.

Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны осуществляют непрерывное изменение расхода регулируемого потока от минимального, когда клапан полностью закрыт, до максимального, когда клапан полностью открыт.

Запорные или отсечные клапаны управляют регулируемым потоком не непрерывно, а дискретно (клапан полностью открыт или полностью закрыт). Как у регулирующих, так и у запорных клапанов есть небольшие протечки регулируемой среды при закрытом положении клапана.

Следует отметить, что деление клапанов на регулирующие, запорные и запорно-регулирующие есть только в нашей стране, также как и отдельные стандарты на протечки для регулирующих и запорных клапанов. Весь остальной мир производит просто регулирующие клапаны, протечки у которых подразделяются на шесть классов, чем выше номер класса – тем меньше протечки. Последние три класса относятся к клапанам, которые у нас называют запорными и запорно-регулирующими.

Под условным диаметром прохода клапана (Ду) следует понимать номинальный внутренний диаметр входного и выходного патрубков клапана (в ряде случаев диаметр выходного патрубка может превышать диаметр входного). Каждому значению условного диаметра прохода клапана соответствует максимально возможное значение расхода регулируемого вещества, которое, в общем случае, зависит от ряда параметров (перепада давления, плотности и др.). Для удобства сравнения клапанов и выбора по результатам гидравлического расчета необходимого типоразмера клапана введено понятие условной пропускной способности.

Условная пропускная способность клапана (Kvy) показывает, какое количество воды при температуре 20 °С может пропустить клапан при перепаде давления на нем 0,1 МПа (1 кгс/см2) при полностью открытом затворе.

Регулирующий клапан состоит из трех основных блоков: корпуса, дроссельного узла и привода клапана. Типичная конструкция проходного

запорно-регулирующего клапана без установленного привода представлена на рисунке 1.

Внутри корпуса клапана 1 устанавливается дроссельный узел, состоящий из седла 2 и плунжера 3, связанного со штоком 4. Седло может быть выполнено в различных конструктивных исполнениях: вворачиваться в корпус клапана как показано на рисунке 1, прижиматься к корпусу специальной втулкой или выполняться заедино с корпусом.

Плунжер скользит по направляющей, выполненной в крышке 5. Между корпусом 1 и крышкой 5 установлена уплотнительная прокладка 6. Шток 4 выводится наружу через сальниковый узел 7, представляющий собой набор подпружиненных шевронных колец из фторопласта-4 или его модификаций. На крышке 5 устанавливается привод, шток которого соединяется со штоком клапана. Привод может быть пневматическим, ручным, электрическим или электромагнитным.

Дроссельный узел является регулирующим и запирающим элементом клапана. Именно в этом узле реализуется задача изменения проходного сечения клапана и, как следствие, изменение его расходной характеристики.

Конкретные комбинации втулка-седло-плунжер выбираются исходя из условий эксплуатации клапана: перепада давления, типа регулируемой

среды и ее температуры, наличия мехпримесей, величины пропускной способности, вязкости среды и т.д.

В большинстве случаев важное значение для работы клапана имеет правильное направление подачи рабочей среды. Оно маркируется стрелкой на наружной поверхности корпусов. Если среда подается через левый канал в корпусе, изображенном на рисунке 1, то такое направление подачи называется «под затвор» (среда подходит к плунжеру снизу), а если среда подается по правому каналу, то такое направление подачи называется «на затвор» (среда прижимает плунжер к седлу в закрытом состоянии). Основные параметры и характеристики типовых регулирующих проходных клапанов, выпускаемых отечественными предприятиями, представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Основные параметры запорно-регулирующих клапанов

Таблица 2.

Условная пропускная способность запорно-регулирующих клапанов

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Приводы и исполнительные механизмы запорно-регулирующей, регулирующей и запорной трубопроводной арматуры предназначены

для преобразования управляющего сигнала (пневматического, электрического или механического) в механическое (линейное или вращательное) перемещение штока привода и жестко связанного со штоком запорного органа (клапана, шарового затвора, дисковой заслонки, задвижки и т.п.).

Исполнительные механизмы, применяемые для управления запорно-регулирущей арматурой по принципу действия и используемому виду энергии для создания необходимого механического усилия на рабочем затворе подразделяют на:

Пневматические

Электрические

Гидравлические

Комбинированные

Пневматические исполнительные механизмы

Пневматические исполнительные механизмы в силу сложившейся традиции занимают достаточно большое место среди приводов для регулирующей арматуры различного типа. Это обусловлено в первую очередь тем, что массовая промышленная автоматизация до 50-х, 60‑х годов прошлого столетия базировалась в основном на пневматике. Пневматические системы автоматизированного управления сегодня, в эпоху микропроцессоров и широкого применения цифровой электроники, смотрятся несколько архаично, и кроме того, они достаточно громоздкие, требуют организации сетей подготовки и распределения сжатого воздуха, который к тому же расходуется при работе пневматических систем.

Вместе с тем, простота конструкции пневмоприводов, а как следствие этого - достаточно высокая надежность и ремонтопригодность их, позволяют успешно использовать такие приводы и в современных системах автоматизированного управления технологическими процессами.

Пневматические исполнительные механизмы предназначены для преобразования изменений давления воздуха Р на выходе регулятора в перемещение регулирующего органа - клапана, заслонки, шибера, крана и т. п. Регулирующий орган изменяет расход потока жидкости, газа, пара и т. п. на объекте управления, и тем самым вызывает изменение регулируемого технологического параметра.

По типу привода пневматические исполнительные механизмы делятся на мембранные, поршневые, поворотные, пневмодвигатели вращающиеся.

Мембранный исполнительный механизм (МИМ)

Схема мембранного исполнительного механизма (МИМа) показана на рисунке 2. Перемещение выходного штока 2, соединенного с регулирующим органом, в одну сторону осуществляется силой, которая создается давлением Р, в другую - усилием пружины 3. Сигнал Р поступает в герметичную мембранную «головку», в которой находится мембрана из прорезиненной ткани толщиной 2-4 мм с жестким центром. Снизу на мембрану давит пружина 3. В мембранных исполнительных механизмах (рис. 2) давление управляющего воздуха воздействует на мембрану 4, зажатую по периметру между крышками привода, и создает усилие, которое уравнивается пружиной 3. Таким образом, ход штока 2 привода пропорционален величине управляющего давления. Жесткость и предварительное сжатие пружины определяет диапазон усилий привода и номинальный ход.

Мембранные исполнительные механизмы классифицируют, по размерам мембранных «головок». МИМы поставляются обычно совместно

с регулирующими органами - клапанами. Так как при снятии давления Р мембрана всегда перемещается вверх, то в зависимости от конструкции регулирующего органа различают нормально открытые НО и нормально закрытые НЗ клапаны.

Рисунок 2. Мембранный исполнительный механизм, установленный на регулирующем клапане:

1 - регулирующий орган; 2 - шток; 3 - пружина; 4 - мембрана; 5 - сальник

Статические характеристики большинства МИМов близки к линейным, однако они обладают зоной гистерезиса, составляющей 2-15% от наибольшего значения Р. Эта величина зависит от усилий трения в сальнике 5, от перепада давлений на регулирующем органе, от характеристик пружины и эффективной площади мембраны.

Для уменьшения зоны гистерезиса и улучшения динамических характеристик МИМов на исполнительный механизм устанавливают дополнительные усилители мощности, называемые позиционерами. Различают позиционеры, работающие по схеме компенсации перемещений и по схеме компенсации сил. В позиционерах обоих типов МИМ охватывается отрицательной обратной связью по положению штока, что исключает влияние на статические характеристики сил трения в сальнике, перепада давлений на регулирующем органе и т.п.

Одновременно с этим увеличение расхода воздуха, подаваемого в МИМ и заметно улучшаются динамические характеристики последнего.

Для сопряжения с электрическими сигналами систем управления применяют электропневматические позиционеры, которые кроме улучшения статических характеристик мембранных исполнительных механизмов, обеспечивают преобразование электрического сигнала в импульс управляющего воздуха, подаваемого на МИМ.

Основные технические характеристики МИМов представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Внешний вид типичных МИМов, устанавливаемых на регулирующих клапанах, представлен на рисунке 3.

Поршневые пневматические приводы

Поршневые пневматические приводы (ППП) применяют в тех случаях, когда требуется линейное перемещение штока исполнительного

Тонкие фильтры, используемые в конструкции клапанов понижения давления D06F (FK06, HS10S) изготовлены из нержавеющей сетки с размером ячейки 0,16 мм. Поэтому крайне низка вероятность того, что грязь на седле и шпильке станет помехой надёжной работе клапана и что может произойти нежелательный рост давления за клапаном (т.н. «ползучесть»)

Однако, стоит позаботиться о том, чтобы во время эксплуатации грязь не смогла попасть в конструкцию клапана понижения работы, потому что способна нарушить его нормальную работу. Клапаны с попавшими под мембрану частичками грязи или мелкими песчинками иногда возвращают как «неисправные»
Иногда есть попытки вернуть также клапаны понижения давления, в которых вообще не обнаруживается никаких неполадок. Поэтому, когда и у второго клапана на том же месте обнаруживается «ползучесть», можно быть уверенным, что причиной неполадки является появившаяся в системе перемычка, иначе говоря, нежелательный гидравлический байпас между трубопроводом высокого давления и участком системы с пониженным давлением.

! Чаще всего байпас возникает между нерегулируемой подачей холодной воды и подачей горячей воды при сниженном давлении, когда в системе соединяются линии подачи холодной и горячей воды. Иногда это имеет место в центральном термостатическом смесительном клапане, но гораздо чаще - в выходной арматуре, например, в одноканальных смесителях, смесительных кранах для моек, термостатических смесителях для ванной и душа и т.п. Для предотвращения прохода холодной воды по перемычке в линию горячей воды (например, через термостатические смесители) на входных участках горячей и холодной воды устанавливают обратные клапаны. При неплотном закрытии обратного клапана, подсоединённого к штуцеру подачи горячей воды, холодная вода может спокойно перетекать в линию горячей воды. Данные проблемы не возникают, например, у комбинированного водоразборного узла HS10S, в состав которого входят и регулятор давления D06F, и обратный клапан RV277.

! Если давление холодной воды выше рабочего или расчётного давления предохранительного клапана, установленного на приборе горячей воды, то из этого клапана будет постоянно сочиться вода. В некоторых обстоятельствах это может наблюдаться только ночью, когда малый разбор воды из сети приводит к повышению статического давления.

Чаще всего, однако, оказывается, что рост давления обнаруживается на манометре, установленном до клапана понижения давления, из-за того, что обратные клапаны, поставленные после клапанов понижения давления, редко бывают плотно закрытыми.

Однако клапан понижения давления не будет пропускать воду, пока давление на выходе больше установленного. Редуктор действует как плотно закрытый обратный клапан. Кроме того, клапаны понижения давления модели D06F (в т ч в устройствах с этим клапаном FK06 иHS10S) сконструирован так, что все детали на выходной стороне клапана выдерживают давление, равное максимально допустимому давлению на входе, без ущерба для работы клапана.

При установке редукционного клапана сразу после водосчетчика (в качестве центрального) эта проблема обычно не возникает, поскольку контуры холодной и горячей воды находятся под одинаковым давлением. Однако наличие даже одной линии отбора воды до клапана понижения давления (например, в гараж или в сад) может вызвать эту проблему в системе с центральным клапаном понижения давления, если линия идет в узел подогрева горячей воды (например, через одноканальный смесительный клапан)

Для полноты картины следует также отметить, что там, где отдельный клапан понижения давления устанавливается с целью регулирования запаса горячей воды, расширение воды из-за разогрева вызовет подъем давления выше установочного давления и до рабочего давления предохранительного клапана. Это также может иметь место в схемах с центральными клапанами понижения давления, что приводит к работе описанного выше байпаса в обратном направлении.