Принцип работы различных типов клапанов и методы их испытаний под давлением (1)
2026-07-28
В обычных условиях промышленные клапаны при эксплуатации не подвергаются испытанию на прочность. Однако после ремонта корпуса клапана и крышки клапана, а также при наличии повреждений корпуса или крышки вследствие коррозии, необходимо проводить испытания на прочность. Для предохранительных клапанов давление настройки, давление обратной посадки и другие испытания должны соответствовать требованиям технической документации и соответствующих нормативов.
При монтаже клапанов необходимо проводить испытания на прочность и герметичность. Для клапанов низкого давления выборочная проверка выполняется в объёме 20%, при обнаружении несоответствий проводится 100%-ная проверка; клапаны среднего и высокого давления проверяются полностью.
Оборудование, используемое для испытаний клапанов под давлением, включает стенды для испытания клапанов с зажимным креплением, погружные стенды для испытания клапанов, стенды с гидравлическим прижимным цилиндром и другие виды испытательного оборудования.
В качестве испытательной среды обычно используются вода, масло, воздух, пар, азот и другие среды. Методы испытания различных промышленных клапанов, включая пневматические клапаны, следующие:
Шаровой клапан
Согласно стандарту GB/T 21465-2008 «Термины в области клапанов», шаровой клапан определяется как клапан, в котором запорно-регулирующий элемент (шар) приводится в движение штоком и совершает вращательное движение вокруг своей оси.
Шаровые клапаны также могут использоваться для регулирования и управления потоком рабочей среды. В частности, шаровые клапаны с V-образным твёрдым уплотнением обладают высокой режущей способностью между V-образным шаровым элементом и металлическим седлом с наплавленным твёрдым сплавом, поэтому они особенно подходят для сред, содержащих волокна и мелкие твёрдые частицы.
Многоходовые шаровые клапаны позволяют гибко управлять смешением, разделением потоков и изменением направления движения рабочей среды в трубопроводе. Кроме того, они могут перекрывать один из каналов, одновременно соединяя два других канала.
Данный тип клапанов обычно устанавливается горизонтально в трубопроводных системах.
По способу привода шаровые клапаны подразделяются на:
- пневматические шаровые клапаны;
- электрические шаровые клапаны;
- ручные шаровые клапаны.
Метод испытания шаровых клапанов
Испытание на прочность пневматического шарового клапана проводится при положении шара наполовину открытым.
① Испытание на герметичность плавающего шарового клапана
Клапан устанавливается в полуоткрытое положение. С одной стороны подаётся испытательная среда, другая сторона закрывается.
После нескольких поворотов шара клапан переводится в закрытое положение, открывается закрытый конец и проверяется состояние уплотнений. Не допускается наличие утечек в области сальника и прокладок.
Затем испытательная среда подаётся с противоположной стороны, и испытание повторяется.
② Испытание на герметичность шарового клапана с фиксированным шаром
Перед испытанием шар несколько раз поворачивается без нагрузки. После установки клапана в закрытое положение с одной стороны подаётся испытательная среда до установленного давления.
С помощью манометра проверяется герметичность входной стороны. Точность манометра должна составлять класс 0,5–1, диапазон измерения — в 1,5 раза выше испытательного давления.
Если в течение установленного времени отсутствует падение давления, испытание считается успешным.
После этого испытание повторяется с другой стороны.
Затем клапан переводится в полуоткрытое положение, оба конца закрываются, внутренняя полость заполняется рабочей средой. При испытательном давлении проверяются места установки уплотнений и прокладок — утечки не допускаются.
③ Испытание трёхходового шарового клапана
Испытание на герметичность трёхходового шарового клапана должно выполняться во всех рабочих положениях.
Обратный клапан
Обратный клапан — это автоматический клапан, который открывается и закрывается под воздействием движения рабочей среды и предотвращает обратный поток. Также он называется обратным затвором, односторонним клапаном, клапаном обратного потока или противодавления.
Основное назначение обратного клапана:
- предотвращение обратного движения рабочей среды;
- защита насосов и приводных электродвигателей от обратного вращения;
- предотвращение сброса среды из оборудования и ёмкостей.
Метод испытания обратных клапанов
Положение клапана при испытании:
- у подъёмного обратного клапана ось тарелки располагается вертикально относительно горизонтальной линии;
- у поворотного обратного клапана ось канала и ось тарелки расположены приблизительно параллельно горизонтальной линии.
Испытание на прочность
Испытательная среда подаётся со стороны входа до установленного давления, противоположная сторона закрывается.
Если на корпусе клапана и крышке отсутствуют протечки, испытание считается пройденным.
Испытание на герметичность
Испытательная среда подаётся со стороны выхода.
Проверяется отсутствие утечек через уплотнительные поверхности, сальниковые соединения и прокладки со стороны входа.
При отсутствии протечек клапан считается соответствующим требованиям.
Мембранный клапан
Конструкция мембранного клапана значительно отличается от традиционных клапанов. Это особый тип запорного устройства, в котором запирающим элементом является гибкая мембрана из эластичного материала, разделяющая внутреннюю полость корпуса клапана и крышки от приводного механизма.
Мембранные клапаны широко применяются в различных областях промышленности.
Основные виды:
- мембранные клапаны с резиновой футеровкой;
- мембранные клапаны с фторопластовой футеровкой;
- мембранные клапаны без футеровки;
- пластиковые мембранные клапаны.
Мембранный клапан оснащён гибкой или комбинированной мембраной, установленной между корпусом и крышкой клапана. Запорный механизм соединён непосредственно с мембраной.
Седло клапана может иметь форму перегородки или быть выполнено в виде прямого проходного канала.
Преимуществом мембранного клапана является полное разделение приводного механизма и рабочего потока. Это не только обеспечивает чистоту рабочей среды, но и предотвращает воздействие потока на рабочие элементы привода.
Кроме того, шток клапана не требует отдельного уплотнения, за исключением случаев работы с опасными средами, где требуется дополнительная безопасность.
Так как рабочая среда контактирует только с мембраной и корпусом, эти элементы могут изготавливаться из различных материалов. Поэтому мембранные клапаны подходят для управления широким спектром рабочих сред, особенно агрессивных химических веществ и сред с твёрдыми взвешенными частицами.
Рабочая температура мембранных клапанов обычно ограничивается материалом мембраны и футеровки корпуса и составляет примерно от –50 до +175 ℃.
Конструкция мембранного клапана проста и состоит из трёх основных элементов:
- корпус клапана;
- мембрана;
- узел клапанной головки.
Клапан легко разбирается и обслуживается, а замена мембраны может выполняться непосредственно на месте эксплуатации за короткое время.
Метод испытания мембранных клапанов
При испытании на прочность испытательная среда подаётся с любой стороны, клапан открывается, противоположная сторона закрывается.
После повышения давления до установленного значения проверяется отсутствие утечек корпуса и крышки клапана.
Затем давление снижается до значения испытания на герметичность, клапан закрывается, открывается противоположная сторона и выполняется проверка.
При отсутствии утечек испытание считается успешным.
Редукционный клапан
Редукционный клапан — это устройство, которое посредством регулирования снижает входное давление до необходимого выходного давления и автоматически поддерживает стабильное давление на выходе за счёт энергии самой рабочей среды.
С точки зрения гидродинамики редукционный клапан представляет собой регулируемый элемент местного сопротивления. За счёт изменения площади проходного сечения изменяются скорость потока и кинетическая энергия жидкости, что приводит к различным потерям давления и обеспечивает снижение давления.
После этого система управления и регулирования балансирует изменение давления после клапана с усилием пружины, поддерживая стабильное выходное давление в установленном диапазоне.
Метод испытания редукционных клапанов
① Испытание на прочность
Испытание на прочность редукционного клапана обычно проводится после испытания отдельных компонентов и последующей сборки, также возможно проведение испытания после полной сборки.
Продолжительность испытания:
- DN < 50 мм: не менее 1 минуты;
- DN 65–150 мм: более 2 минут;
- DN > 150 мм: более 3 минут.
После сварки сильфона с компонентами проводится испытание на прочность воздухом при давлении, равном 1,5-кратному максимальному давлению после клапана.
② Испытание на герметичность
Испытание проводится с использованием фактической рабочей среды.
При использовании воздуха или воды испытательное давление составляет 1,1 номинального давления.
При испытании паром используется максимально допустимое рабочее давление при рабочей температуре.
Разница между входным и выходным давлением должна быть не менее 0,2 МПа.
Метод испытания:
После настройки входного давления постепенно регулируется регулировочный винт клапана, чтобы выходное давление плавно и чувствительно изменялось в диапазоне максимального и минимального значений.
Не допускаются:
- зависание;
- заклинивание;
- нестабильность регулирования.
Для паровых редукционных клапанов после отключения входного давления и закрытия запорного клапана после редуктора повышение выходного давления в течение 2 минут должно соответствовать установленным нормативным требованиям.
Для водяных и воздушных редукционных клапанов после установки входного давления и снижения выходного давления до нуля клапан закрывается для проведения испытания на герметичность. Отсутствие утечек в течение 2 минут считается соответствием требованиям.
Акционерной компанией «Шанхай Цзэнсинь Электромеханика» (Shanghai Zengxin Electromechanical Co., Ltd.) — профессиональный производитель оборудования для испытания клапанов. Компания может разрабатывать и изготавливать индивидуальные решения в соответствии с требованиями клиентов, включая стенды для испытания клапанов под давлением, оборудование для проверки герметичности клапанов, системы контроля прочности корпуса клапана и автоматизированные испытательные комплексы.
