В этой статье будут рассмотрены базовые знания об обратных клапанах, о том, как они работают, каких типов они бывают, как их выбирать и устанавливать, как решать их проблемы и почему они не всегда являются проблемами.

Проще говоря, обратные клапаны допускают односторонний поток и автоматически предотвращают обратный поток (обратный поток) при обратном ходе жидкости в трубопроводе. Это одни из немногих автоматических клапанов, не требующих вспомогательного открытия и закрытия. Хотя некоторые клапаны могут быть оснащены внешними противовесами и демпфирующими устройствами в особых обстоятельствах, большинство клапанов не имеют управления открытием/закрытием или внешней помощи со стороны других клапанов. В отличие от других клапанов, даже если на заводе теряется воздух, электричество или гидравлическое давление или если люди могут вручную включить клапан, клапан все равно может продолжать работать.

Как и другие типы клапанов, обратные клапаны бывают разных размеров, материалов и торцевых соединений. Размеры трубопроводов варьируются от 1/8 дюйма или меньше до 50 дюймов или больше. Они изготавливаются из бронзы, чугуна, пластика, углеродистой стали, различных марок нержавеющей стали и сплавов, таких как хастеллой, инконель, монель и титан. К торцевым соединениям относятся резьбовые соединения, раструбная сварка, стыковая сварка, фланцевые соединения, соединения с пазами, зажимные соединения и вставные соединения.

Обратные клапаны можно увидеть повсюду, в том числе и дома. Если у вас в подвале установлен канализационный насос, на напорном трубопроводе насоса может быть обратный клапан. Они встречаются в отраслях за пределами дома, таких как опреснение воды, обработка воды и отходов, химическая промышленность, производство продуктов питания и напитков, геотермальная энергия, горнодобывающая промышленность, нефть и газ, электроэнергетика, целлюлозно-бумажная промышленность, нефтепереработка и т. д.

Непонятный обратный клапан

Как и другие клапаны, обратные клапаны применяются для различных сред: жидкости, воздуха, других газов, пара, конденсата, а в некоторых случаях могут использоваться и для жидкостей, содержащих частицы или шламы. Области применения включают выпускные трубы насосов и компрессоров, коллекторные трубопроводы, вакуумные выключатели, нестандартные трубы сброса давления, паропроводы, трубопроводы конденсата, насосы подачи химикатов, градирни, наливные эстакады, трубопроводы для продувки азотом, котлы, системы HVAC, коммунальные услуги, системы давления. насосы, водоотливные насосы, промывочные станции и нагнетательные трубопроводы.

Как они работают

Обратные клапаны чувствительны к потоку и зависят от давления в трубопроводе и расхода для открытия и закрытия. Внутренний диск клапана позволяет жидкости течь вперед, тем самым открывая клапан. При уменьшении или изменении направления прямого потока диск клапана начинает закрывать клапан, в зависимости от конструкции. Функция или цель обратного клапана – предотвратить обратный поток. Конструкция обычно очень проста и состоит всего из нескольких компонентов, таких как корпус клапана, седло, диск и крышка. В зависимости от конструкции могут быть и другие детали, такие как шток клапана, шарнирный штифт, рычаг диска, пружина, шарик, эластомер и подшипник.
Внутреннее уплотнение диска и седла обратного клапана зависит от «обратного» давления в трубопроводе, а не от механической силы, используемой для открытия/закрытия регулирующего клапана. Следовательно, допустимая скорость утечки через седло обратного клапана больше, чем у регулирующего клапана открытия/закрытия. MSS SP-61 «Испытание стальных клапанов под давлением», опубликованный Ассоциацией по стандартизации производителей, является одним из стандартов, используемых производителями для проведения испытаний на закрытие седел и корпусов обратных клапанов (а также других клапанов). Факторы, влияющие на утечку через седло обратного клапана, включают обратное давление, среду и материал седла (например, металл или эластомер). Поверхности седел из металла и ПТФЭ обычно допускают некоторую утечку, в то время как эластомеры, такие как Buna-N и Viton, могут обеспечить герметичное закрытие пузырьков (нулевая утечка).
Поэтому следует рассмотреть возможность использования эластомеров для воздушно-газовых сред и уплотнений низкого давления. При использовании эластомеров для таких клапанов важными факторами являются рабочая температура и совместимость эластомера и среды.

Каким должен быть идеальный обратный клапан?

Независимо от типа или типа клапана, наибольшее время безотказной работы будет иметь тот клапан, который подходит для применения и не обязательно того же размера, что и трубопровод. В идеальном случае, когда тарелка клапана течет или полностью закрыта, тарелка клапана остается стабильно в открытом положении относительно внутреннего упора. При выполнении этих условий диск клапана не будет вибрировать, что предотвращает преждевременный выход клапана из строя. К сожалению, большинство обратных клапанов выбираются так же, как двухпозиционные регулирующие клапаны, в зависимости от размера трубопровода и требований к максимально доступному Cv. При этом игнорируется тот факт, что, в отличие от двухпозиционных регулирующих клапанов с приводом (ручным, пневматическим, гидравлическим или электронным), только условия потока определяют внутренние характеристики одноходовых клапанов.
Обратные клапаны чувствительны к внутреннему потоку, в отличие от двухпозиционных регулирующих клапанов. Если потока и давления недостаточно для полного открытия обратного клапана, сердечник клапана будет вибрировать внутри клапана. Это приведет к преждевременному износу, потенциальным отказам и более высоким перепадам давления, чем расчетные значения.
Всякий раз, когда металлический компонент трется о другой металлический компонент, происходит износ. Это приведет к окончательному выходу из строя самого компонента. Неисправности компонентов могут помешать клапану выполнять свою функцию, а для одноходовых клапанов это делается для предотвращения обратного потока. В крайних случаях неисправности могут привести к утечке компонентов в трубопровод, что приведет к неисправности или выходу из строя других клапанов или оборудования на трубопроводе.

Обычно падение давления рассчитывается на основе 100% открытия обратного клапана и двухпозиционного регулирующего клапана. Однако если расхода недостаточно для полного открытия и обратный клапан открыт лишь частично, падение давления будет выше расчетного значения. Это связано с тем, что когда односторонний клапан частично открыт, эффективный Cv клапана меньше максимального значения. В этом случае большое номинальное значение Cv фактически вредно для обратного клапана (в отличие от двухпозиционных регулирующих клапанов). Это может вызвать вибрацию диска клапана, что в конечном итоге приведет к выходу его из строя. Некоторые другие клапаны не такие. Например, когда задвижка полностью открыта, клин отделится от канала потока. Следовательно, независимо от того, является ли скорость потока низкой, средней или высокой, скорость потока, протекающего через клапан, не повлияет на производительность клина.
Существуют различные типы обратных клапанов. Ниже приведены еще несколько популярных типов. Все это можно использовать для очистки носителей. Как и другие типы клапанов, специальные обратные клапаны также могут использоваться для особых применений. Хотя ни один клапан не подходит для всех случаев применения, каждый клапан имеет свои преимущества.
Потратив время на общение с производителями для помощи в выборе, вы сможете найти наиболее подходящий продукт. Это особенно актуально, если есть проблемы с любым типом обратного клапана, который вы сейчас устанавливаете.

Поворотный обратный клапан

Поворотный обратный клапан представляет собой простую конструкцию, в которой используется диск, соединенный с шарнирным рычагом в верхней части клапана (расположенным в положении на 12 часов). Противоток и сила тяжести помогают закрыть клапан. Поворотные обратные клапаны могут использоваться для большинства сред и обычно имеют хорошую скорость потока. Их можно устанавливать только в горизонтальном положении потока. Это связано с тем, что они не могут правильно функционировать в положении вертикального потока. В приложениях с низким противодавлением они также не могут обеспечить хорошую герметизацию. Диапазон размеров этих обратных клапанов составляет от ½ дюйма и ниже до 50 дюймов и выше. Его можно использовать для торцевых соединений с резьбой, приваркой в ​​раструб, фланцев или приварных встык. Поворотные обратные клапаны обычно легко проверять и обслуживать. В большинстве случаев арматуру на трубопроводе можно использовать для технического обслуживания. Из-за конструкции поворотного обратного клапана он не является быстрозакрывающимся клапаном из-за расстояния хода от полного открытия до закрытия. Это означает, что они очень восприимчивы к проблемам с гидроударом. Большинство поворотных обратных клапанов соответствуют монтажной длине ANSI B16.10 и допускают очистку трубопровода. Существует вариант поворотного обратного клапана, называемый обратным клапаном с наклонным диском. Однако эта версия не позволяет производить очистку трубопровода.

Проверка поршневого/тарельчатого клапана
Поршневые или подъемные обратные клапаны имеют прямую, наклонную (Y-образную) или традиционную (90 градусов Т-образную) конструкцию корпуса. Все типы обратных клапанов считаются бесшумными обратными клапанами для предотвращения гидравлического удара и обратного потока. Это достигается за счет использования тарелки клапана с пружинным механизмом, которая поддерживает постоянство потока воды при коротком ходе, тем самым обеспечивая быстрое закрытие клапана. Когда скорость движения вперед начинает замедляться, пружинное устройство начинает закрывать тарелку клапана. Когда скорость движения вперед достигает нуля, диск клапана плотно прижимается к седлу клапана, прежде чем возникает обратный поток, предотвращая колебания давления в трубопроводе и, таким образом, предотвращая гидравлический удар. Большинство конструкций можно установить в любом положении, если установлены подходящие пружины, в том числе с нисходящим потоком. Размер поршневых/тарельчатых обратных клапанов варьируется от 1/4 дюйма до 24 дюймов или больше. Выбранная конструкция корпуса клапана будет определять падение давления; Встроенный дизайн обеспечит оптимальную производительность трафика. Поршневой/тарельчатый обратный клапан имеет различные торцевые соединения, включая резьбу, фланцы, свариваемость и т. д. Существуют специальные концевые фитинги, но вам необходимо проконсультироваться с производителем обратного клапана. Некоторые обратные клапаны можно проверить и отремонтировать онлайн. В идеале этот тип обратного клапана следует использовать только для чистящих средств, не содержащих твердых частиц.

Обратный клапан с фланцевым зажимом
Обратный клапан с фланцевым зажимом представляет собой очень компактный обратный клапан межфланцевого типа, используемый во фланцевых трубопроводах. Обычно они встраиваемые, их размеры варьируются от ½ до 20 дюймов. Этот стиль также считается бесшумным осмотром, который помогает предотвратить гидравлический удар. Поэтому они будут иметь внутреннюю пружину, помогающую закрыть клапан. Обратный клапан с фланцевым зажимом и его компактная конструкция позволяют добавлять его к существующим системам с минимальными изменениями в трубопроводе.

Обратный клапан с центральным управлением Обратный
клапан с центральным управлением — это еще один тип бесшумного обратного клапана. Они также предназначены для предотвращения гидравлического удара и обратного потока. Этот тип похож на поршневой/тарельчатый клапан. Его характеристики также соответствуют MSS SP125 и 126. Они выпускаются во фланцевом исполнении и имеют размеры от 2 до 24 дюймов, а иногда и больше. Аналогично, этот тип наиболее подходит для чистящих средств, не содержащих частиц.

Шаровой обратный клапан
Шаровой обратный клапан использует шар внутри корпуса клапана для управления движением потока. Этот тип также считается бесшумным обратным клапаном. Шар клапана может свободно вращаться, обеспечивая равномерный износ и затирание между шаром клапана и седлом клапана.
Благодаря этой функции шаровой обратный клапан подходит для вязких сред. Сферические обратные клапаны обычно имеют размер 2 дюйма или меньше. Некоторые конструкции включают пружину для облегчения закрытия и предназначены для установки под углом 90 градусов по вертикали. В зависимости от конструкции корпуса клапана перепад давления сферических обратных клапанов может быть выше, чем у других типов обратных клапанов. Шаровые обратные клапаны могут использоваться для различных торцевых соединений, в том числе резьбовых и раструбных под приварку. Некоторые конструкции корпусов клапанов допускают онлайновое обслуживание/проверку.

Выбор
Многие факторы, которые следует учитывать при выборе обратного клапана, включают совместимость материала со средой, номинальное давление клапана (ANSI), размер трубопровода, данные применения (скорость потока, конструкция/условия эксплуатации), установку (горизонтальный, восходящий или нисходящий поток), конец соединения, размер корпуса (особенно при замене существующих клапанов во избежание модификации трубопровода), требования к утечкам и специальные требования, такие как кислородная очистка, маркировка NACE, CE и т. д. Существует множество различных конструкций обратных клапанов, среди которых самыми старыми и наиболее распространенными
являются поворотные обратные клапаны.

Решение проблем
При замене обратного клапана полезно задать следующие простые вопросы:
Почему мне нужно заменить этот клапан?
В чем проблема?
Иногда мы слишком заняты или сосредоточены на других вещах и забываем причины, которые могут помочь решить проблему.
Общие проблемы с обратным клапаном включают шум (гидравлический удар), вибрацию/дребезг, обратный поток, заедание, утечку, внутренние потери, износ или повреждение компонентов. Однако стоит отметить, что настоящей причиной обычно является неправильный размер, пружина и/или стиль применения обратного клапана. В этом случае проблема заключается в приложении, а не в обратном клапане.
Две наиболее распространенные проблемы с обратными клапанами — это неправильный размер или неправильная установка. Есть две формы неправильных размеров. Если Cv клапана слишком мал для данного применения, вы увидите очень высокий перепад давления, что может привести к преждевременному износу клапана из-за высокой скорости. Чаще всего, если Cv клапана слишком велик для данного применения, перепад давления на обратном клапане не будет достаточным для его полного открытия. Любой обратный клапан, который открыт не полностью, с высокой вероятностью будет вибрировать, что приведет к преждевременному выходу клапана из строя. К неправильной установке относится отсутствие соответствующего количества прямых труб перед обратным клапаном. В идеале диаметр прямой трубы перед обратным клапаном должен быть не менее 10 раз. Это необходимо для обеспечения хорошего ламинарного потока через обратный клапан. Более короткие расстояния могут вызвать турбулентный поток и вращение, что приведет к преждевременному износу любого типа обратного клапана.
Другие проблемы с обратными клапанами включают обратный поток и гидравлический удар. В обоих случаях необходимо быстро закрыть кран. Противоток может быть дорогостоящим, особенно когда во время нагнетания насоса возникает обратный поток и насос вращается в обратном направлении. Стоимость ремонта или замены насоса в сочетании с простоем завода намного превышает стоимость первоначальной установки правильного обратного клапана. При гидроударе необходим быстрозакрывающийся обратный клапан, чтобы предотвратить скачки давления и ударные волны при ударе диска клапана о седло клапана, что может вызвать шум, вибрацию и удары, приводящие к разрыву трубопровода и повреждению оборудования и опор трубопровода.
Если внутренние компоненты отсутствуют или чрезмерно изношены, могут возникнуть два фактора. Во-первых, если выбранный обратный клапан не имеет достаточного потока для его остановки, требуется клапан с более низким Cv, чтобы предотвратить вибрацию внутренних компонентов. Во-вторых, если обратный клапан используется для нагнетания поршневых воздушных или газовых компрессоров, для работы с высокочастотной циркуляцией требуется специальный клапан или буфер с демпфирующей конструкцией. Если между диском клапана и отверстием корпуса клапана имеется накипь или грязь, это может привести к заклиниванию. Повреждение седла или диска клапана, а также твердые вещества в трубопроводе могут привести к утечке. Эластомер необходим для обеспечения нулевой утечки.

Установка
При установке обратного клапана направьте стрелку потока в направлении потока, чтобы клапан мог выполнять предусмотренную функцию. Стрелку потока можно найти на корпусе или этикетке. Убедитесь, что данный тип клапана работает в монтажном положении. Например, не все обратные клапаны могут течь вниз в вертикальных трубопроводах, а традиционные или 90-градусные обратные клапаны с Т-образным поршнем не могут работать в вертикальных трубопроводах без пружин, толкающих диск клапана обратно на путь потока. Когда клапан полностью открыт, диск в некоторых обратных клапанах выступает в трубопровод. Это может повлиять на работу другого клапана, непосредственно прикрепленного к обратному клапану. Как упоминалось ранее, если возможно, установите обратный клапан в месте, которое по крайней мере в 10 раз превышает диаметр трубы после любой трубопроводной арматуры или других компонентов трубопроводной системы, которые могут вызвать турбулентность. Внимание, я сказал «если возможно». В конце концов, сколько обратных клапанов вы видели прикрученными к напорному отверстию насоса? Много! «Руководство пользователя клапанов» MSS SP-92, опубликованное Ассоциацией по стандартизации производителей, является хорошим справочным источником по установке обратных клапанов и других типов клапанов.

В чем сходство обратного клапана и двери?
Наконец, мне нравится сравнивать обратные клапаны с дверями – ведет ли эта дверь в офис или в дом. Обычно вы открываете дверь офиса в начале дня и закрываете ее в конце, аналогично тому, как включается и выключается насос. Однако что произойдет, если кто-то будет стоять на пороге вашего дома и постоянно открывать и закрывать дверь? В большинстве случаев штифты петель выходят из строя, поскольку они являются слабым звеном в работе двери.
Обратные клапаны также сталкиваются с подобными ситуациями. Постоянно вращающиеся штифты, стержни, пружины или другие компоненты могут работать со сбоями. Вот почему важно правильно выбрать обратный клапан для конкретного применения. Размер трубопровода не обязательно равен размеру обратного клапана. Обратные клапаны с высоким Cv в системах с низким расходом обречены на отказ с самого начала. Это не неисправность обратного клапана, а ошибка неправильного выбора применения. Выбранный обратный клапан хорошо работает при соответствующих условиях потока. К сожалению, причиной неисправности считается установленный обратный клапан, хотя на самом деле причиной неисправности являются условия применения. Перед покупкой обратного клапана лучше всего согласовать с производителем условия применения и использования, чтобы убедиться, что выбран правильный тип и опция.