Клапан предохранительный — все о типах, принципе работы и устройстве

Стандарты предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны изготавливаются по ГОСТ и допускаются к использованию в соответствии со следующими отраслевыми стандартами, ТУ и ПБ:

• Правила безопасности для сосудов и установок давления — ПБ03-576-03.
• Американский стандарт для сосудов под давлением Boiler & Pressure Vessel Code.

Проектирование, изготовление и эксплуатация предохранительной аварийной арматуры курируется специальными уполномоченными органами, ответственными за соблюдение требований отраслевых стандартов на любом этапе создания и применения оборудования. В России данную функцию осуществляет Ростехнадзор.

Особенности трехходовых аварийных клапанов

Отдельно стоит поговорить о не столь известном потребителям устройстве — трехходовом клапане с ручным или электрическим переключателем. Он применяется в отопительных системах с низкотемпературными контурами.

Конструкция предохранителей оснащается тремя отверстиями, одно из которых входное, два – выходные. Потоки среды контролирует заслонка, сделанная в виде шара либо штока. Движущаяся жидкость перераспределяется вращениями.

Трехходовые предохранители уместны для конденсационных котлов и в случаях, когда от одного нагревательного оборудования работает несколько различных систем

Представим ситуацию: в доме реализована схема отопления с системой обычных радиаторов и теплого пола. Технические требования для функционирования второго варианта предусматривают не слишком высокие температуры теплоносителя.

Котел нагревает воду в одинаковом температурном режиме для всех систем. В подобных условиях появляется необходимость в перераспределяющем устройстве, с задачами которого отлично справляется трехходовой клапан.

Он отвечает за следующие функции:

• разграничение областей;
• распределение плотности потока по зонам;
• содействие смешиванию теплоносителя из магистральных разветвлений подачи/обратки для отправления в трубопровод теплого пола более холодной воды, нежели в радиаторы.

Чтобы не осуществлять постоянный контроль над температурой среды самостоятельно, необходимо обратить внимание на модели клапана, снабженные сервоприводом.

Это устройство работает от датчика, установленного в низкотемпературном контуре. При изменении температурных отметок срабатывает запорный механизм, открывающий либо закрывающий подачу жидкости из обратки.

Более подробно о разновидностях трехходового клапана на отопление и критериях его выбора мы говорили в следующей статье.

Различия в конструкциях

Устройство различных предохранительных клапанов может различаться. Так, большая часть арматуры выпускается с одним седлом. Можно встретить и конструкции, в которых два седла (и два штока с пружинами) установлены рядом.

По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:

Чем выше степень подъема, тем быстрее срабатывает устройство. Малоподъемные модели применяются для жидкостей, там, где не требуется сбрасывать большие объемы для снижения давления до нормального. В них высота подъема пропорциональна напору среды. Полноподъемные называют также двухпозиционными. Они имеют два положения: «Открыто» и «Закрыто» и предназначены для:

• жидкостных систем высокого давления;
• газов.

Такая конструкция позволяет быстро сбросить значительный объем газа или жидкости и применяется в особо ответственных установках и технологических комплексах.

Самые серьезные конструктивные различия наблюдаются в способах приложения нагружающей силы к запорному органу.

Пружинные клапаны

Наиболее распространены в бытовых системах- водонагревательных, водопроводных, отопительных. Золотник прижимается к седлу силой сжатой пружины. Изменяя степень предварительного сжатия пружины регулировочным винтом, можно настраивать ее на разные предельные значения. Многие модели снабжаются рычагом принудительного ручного открытия затвора для того, чтобы время от времени проверять работоспособность. Для устройств, работающих в опасных и вредных для здоровья средах, ручная контрольная продувка не предусматривается. Пружины, седла и камера устройств, работающих в агрессивных жидкостях и газах, покрывается специальными антикоррозийными покрытиями.

Шток, проходящий через корпус, уплотняется двойным сальником из особо стойких материалов (специальные сорта резины, фторопласт), исключающим в нормальных условиях проникновение агрессивных веществ в помещение.

Рычажно-грузовые клапаны

Такие конструкции для противодействия силе напора используют силу земного притяжения. Они могут монтироваться только в строго определенном производителем положении относительно горизонта и не допущены к применению на транспортных средствах и других подвижных объектах. Вес груза передается через рычаг штоку золотника, уравновешивая его до тех пор, пока давление в трубопроводе ниже порогового.

При больших значениях напора заметно увеличиваются габариты рычагов и грузов. Кроме того, они могут входить в резонанс и создавать высокие уровни вибрации.

Чтобы избавиться от этих эффектов, и применяют двухседельные клапаны, каждый из которых невелик по габаритам и весу. Регулировка таких устройств проводится добавлением или удалением части груза, размещенного на рычаге. Они отличаются стабильностью параметров работы и отсутствием эффекта старения пружин, снижающих их упругость.

Магнито-пружинные клапаны

Современные конструкции относятся к изделиям непрямого действия. Запорный элемент приводится в действие соленоидом. В нормальном положении электромагнит прижимает его к седлу, а по достижении предельного напора автоматика управления отключает напряжение на катушке индуктивности. Давление среды отжимает золотник и затвор открывается.

В другой конструкции прижатие осуществляется мощной пружиной, а по достижении порогового значения напора управляющая команда включает соленоид, и он поднимает клапан.

Существует исполнение, в котором соленоид и прижимает золотник, и отжимает его под действием противоположно приложенного напряжения. В случае отключения питания устройство продолжает работать как обычное пружинное.

Главное преимущество магнитных устройств – для задания порогового значения нет необходимости в физическом доступе к арматуре. Порог можно изменить в настройках программы управления в зависимости от текущей ситуации или особенности данной стадии технологического процесса.

Такие конструкции стоят существенно дороже своих механических аналогов, но многократно окупают себя в сложных промышленных установках с большим чистом параметров и влияющих друг на друга элементов.

Принцип работы предохранительного клапана

Принцип работы предохранительного клапана основан на работе пружины, прижимающей золотник к седлу. При повышении давления в системе свыше установленного сила притяжения уменьшается, золотник отодвигается, и начинается сброс среды через открывшийся клапан. Это нормализует напор в системе, и, когда давление опустится до допустимого предела, запорный элемент снова будет прижат к седлу.

Для закрытия клапана необходимо снижение давления до отметки в 10-15% ниже уровня нормального давления, поскольку для герметизации системы требуется большее усилие, чем для поддержки его в рабочем положении до открытия.

Классификация предохранительных клапанов

Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам. По принципу действия:

• Прямого. Это классический механический предохранительный клапан.
• Непрямого. Используется датчик давления, автоматика управления, дистанционно управляемый вентиль. Датчик с вентилем могут быть разнесены по разным местам конструкции.

По способу открытия затвора:

• пропорционального (для малосжимаемых рабочих сред);
• двухступенчатые (для газов).

По способу нагружения золотника:

• пружинные;
• рычажно-грузовые;
• магнито-пружинные.

Существуют и другие типы аварийных предохранительных клапанов, применяемых в специальных промышленных установках.

Разновидности предохранительных клапанов, принципы их работы

Важность предохранительного клапана, как уже должно быть понятно – сложно переоценить. А его функция, скажем прямо, не отличается сложностью. Это и должно предопределять конструкцию такого прибора – принцип сочетания простоты устройства и высокой надежности.

Так оно и есть на самом деле.

Надо сразу заметить, что существует несколько разновидностей предохранительных клапанов для систем отопления, различающихся принципом срабатывания. Но вместе с тем, коль речь у нас идет именно об автономных системах отопления в масштабе собственного дома или квартиры, то чаще всего приходится иметь дело с простыми и надежными устройствами пружинного типа.

Рассмотрим примерное строение такого клапана:

Внешний вид и устройство стандартного пружинного предохранительного клапана для систем отопления.

Слева на иллюстрации показан внешний вид клапана (одной из моделей, конечно). Справа – она же в разрезе.

Качественные приборы чаще всего собираются в латунном корпусе (поз. 1) – этот сплав не боится коррозии и обладает небольшим коэффициентом линейного расширения. Корпус обычно состоит из двух половинок. Как и сам клапан делится на две части: верхнюю, «сухую» с пружинным механизмом, и нижнюю, своим строением похожую на устройство вентильного крана.

В нижней части корпуса предусмотрены два резьбовых патрубка или муфты. Нижний (поз. 2) предназначен для соединения с контуром отопления.   Верхний, расположенный перпендикулярно нижнему (поз 3) – для обеспечения сброса излишков теплоносителя при превышении давления в системе. Резьба здесь нужна для подсоединения трубы, которая направит сброшенный поток жидкости в нужное место (чаще всего – в канализацию).

Запирающим элементом клапана в данном случае является тарельчатая заслонка (поз. 4) с расположенным снизу уплотнителем. Этим уплотнителем тарелка плотно прижимается сверху к седлу клапана (поз. 5).

Полость верхней части корпуса отделена от нижней мембраной (поз. 6). Просто из тех соображений, чтобы при открытии клапана теплоноситель не проникал в пружинный механизм устройства.

Внутри расположена пружина, которая постоянно давит на шток (поз. 7), тем самым удерживая тарелку клапана плотно прижатой к седлу. В самой верхней части может быть расположен механизм, позволяющий вручную быстро открыть (или, как говорят, сорвать) клапан, если этого требует складывающаяся аварийная ситуация.  В демонстрируемой модели это круглая рукоятка-маховик (поз. 8). Встречаются и иные решения, например, рычаг.  Как правило, предусматривается стопорение и даже опломбирование таких «аварийных кранов».

Правда, можно встретить и такие модели предохранительных клапанов, у которых сверху расположена рукоятка или винт настройки усилия пружины. То есть предоставляется возможность самостоятельного выбора и регулировки давления срабатывания клапана.

На таких клапанах имеется возможность изменить усилие прижимной пружины механизма.

Сказать по правде, в условиях домашней автономной системы отопления подобная опция не то что не особо нужна, но даже и не приветствуется. Будет намного спокойнее, если точно знаешь, то система отрегулирована на какое-то давление, и в твое отсутствие никто вольно или невольно (например, любопытный ребенок) эти установки не изменит, так как это просто невозможно.

Теперь посмотрим, как работает клапан.

Принцип работы предохранительного пружинного клапана.

Все действительно очень просто и надежно. Усилия пружины (зеленый «вектор») в нормальных условиях работы системы отопления, при давлении ниже установленного порога, вполне достаточно, чтобы удерживать тарельчатую задвижку плотно прижатой к седлу клапана (левый фрагмент).

Но как только по тем или иным причинам давление в системе начинает подниматься выше нормы (правый фрагмент рисунка), прилагаемое снизу со стороны теплоносителя на тарелку усилие перевешивает действие пружины. Пружина несколько сжимается, задвижка-тарелка приподнимается над седлом, открывая жидкости путь в дренажный патрубок для слива излишков в канализацию.

Устройство работает по пропорциональному принципу: чем больше усилие – тем больше открывается клапан, тем скорее давление сбрасывается до нормы.

Как только давление в контуре снизилось, усилия пружины вновь становится достаточно для перекрытия клапана.

Достоинства предохранительных клапанов пружинного типа очевидны — это предельная простота, безотказность, компактность даже при значительных присоединительных диаметрах, возможность установки в вертикальном и горизонтальном положении, оперативное реагирование на повышение давления.

Есть и определённые недостатки. В частности, пружина, находясь в постоянно нагруженном состоянии, со временем может начать слабеть, провоцируя немотивированные срабатывания. Значит, клапан придётся поменять. Кроме того, такие устройства и не рассчитаны на частые срабатывания (по большому счету их в исправной системе и не должно отмечаться). Но если фиксировались два-три срабатывания клапана со сбросом воды, то велика вероятность того, что даже при нормальном давлении он начнет подтекать. Опять же – требуя замены.

Впрочем, беда невеликая, так как замена несложна, а стоимость клапана все же не выглядит запредельной.

Другой тип клапанов – рычажно-грузовой. Правда, в условиях компактных автономных систем отопления места таким устройствам практически не находится. Они рассчитаны на большие объемы и, как правило, оснащаются фланцевым соединением с контуром. Поэтому – только обзорно.

Предохранительный клапан рычажно-грузового типа.

1 – входной патрубок с соединительным фланцем.

2 – патрубок сброса, тоже может иметь фланец для подсоединения дренажной трубы.

3 – седло клапана.

4 – заслонка клапана (золотник), расположенный на конце вертикально расположенного шкива.

5 – рычаг с подвешенным на него комплектом грузов (поз. 6).

Понятно, что заслонка плотно прижимается к гнезду за счет усилия от тщательно подобранного груза. А усилие может регулироваться и количеством гирь на рычаге, и их расположением, то есть длиной плеча рычага. Естественно, настройку такого клапана должен проводить специалист.

Преимущества – простота, возможность настройки под нужное давление, лёгкость в ремонте — любую деталь несложно заменить. Недостатки – конструкция довольно громоздкая и подразумевает исключительно вертикальное расположение.

Существуют еще пружинно-рычажные устройства, которые тоже практически не используются в небольших системах.  Появляются современные электромагнитные клапаны, но они выглядят излишеством, так как вполне достаточно простых пружинных.

Правила и стандарты

Применение предохранительной арматуры регулируется национальными и отраслевыми стандартами, правилами эксплуатации и техническими указаниями.

Для сосудов, работающих под давление, применяют следующие регламентирующие документы:

• (ПБ 03-576-03). Правила безопасности для сосудов и установок давления.
• «Boiler & Pressure Vessel Code» Американский стандарт.
• ГОСТ 24570-81 Национальный стандарт по предохранительным клапанам.

Системы, защищаемые аварийной арматурой, в случае их нештатной работы или аварии, представляют собой значительную угрозу производственной и общественной безопасности. Поэтому их проектирование, комплектация, монтаж, эксплуатация курируются уполномоченными органами, следящими за соблюдением требований правил и стандартов на всех этапах жизненного цикла оборудования. В РФ это поручено Ростехнадзору.

Конструкция предохранительных клапанов может быть различной. Различают изделия с одним седлом или двумя, расположенными рядом друг с другом.

По высоте подъема предохранительные клапаны подразделяются на:

• Малоподъемные, у которых высота подъема составляет примерно 0,05 диаметра седла. Из-за свойственной им минимальной пропускной способности они не используются на промышленных трубопроводах с большим давлением. Они обладают пропорциональным механизмом срабатывания.
• Полноподъемные, с высотой подъема равной или превышающей диаметра седла. Они работают на двухпозиционном механизме, отличаются повышенной пропускной способностью и сложной конструкцией.

Изделия с полнопроходной конструкцией позволяют оперативно сбросить внушительный объем рабочей среды, из-за чего они используются в особо ответственных комплексах.

Клапаны пружинного типа применяются в бытовых трубопроводных системах водо-, газоснабжения и отопления. Для прижатия золотника к седлу применяется пружина, регулируемая винтом. Он позволяет настроить предельные значения давления, после достижения которых происходит открытие клапана.

Некоторые модели пружинных клапанов имеют систему принудительного ручного открытия для проверки работоспособности изделия. Но, изделия, предназначенные для работы в опасных условиях среды, не могут оснащаться ручной продувкой.

Эти клапаны применяются в различных условиях среды. Пружины и седла, контактирующие с агрессивными жидкостями и газами, покрываются специальными антикоррозионными составами. Герметичность штока обеспечивается двойным сальниковым уплотнением из фторопласта или резины.

Устройства с подобной конструкцией используют для противодействия силе напору земное притяжение. Вес груза через рычаг переходит к золотнику, уравновешивая его, пока значение давления не опустится до допустимого.

Они устанавливаются в определенном положении относительно горизонта (указывается в сопроводительной документации завода-производителя). Не могут применяться на передвижных объектах. Габариты изделия зависят от давления в системе — чем оно выше, тем больше рычаги. Чтобы избежать возникновение вибраций, используются двухседельные предохранительные клапаны небольших габаритов. Для регулировки таких устройств применяются специальные груза на рычаге.

Устройства магнитно-пружинного типа обладают обратным действием и приводятся в действие соленоидом. При нормальном давлении в системе электромагнит/мощная пружина прижимает запорный орган к седлу, а при избыточных показателях напора напряжение на катушке автоматически отключается. Это приводит к отжатию золотника и открытию затвора.

Существует исполнение клапана с соленоидом, прижимающим и отжимающим золотник под действием давления с противоположным направлением. При отключении питания оборудование будет работать, как пружинный тип.

Основное преимущество таких устройств — отсутствие необходимости в физическом доступе к системе для задания порогового значения давления. Оно регулируется в параметрах управляющей программы.

Магнитно-пружинные клапаны отличаются надежностью, удобством эксплуатации и возможностью применения в сложных промышленных установках.

Схема и принцип действия предохранительного клапана

Для чего нужен предохранительный клапан?

Отопительные системы заполняются водой, температура которой равна примерно 15 градусам. Циркулируя по замкнутому контуру, теплоноситель нагревается, значительно увеличиваясь в объеме. В это время существенно повышается давление, оказываемое на внутреннюю поверхность труб и установленные в системе приборы.

Превышение допустимой нормы, в большинстве случаев более 3,5 бар, оборачивается:

• протечкой в местах состыковки частей трубопровода;
• повреждениями или разрывами соединительных элементов и труб, изготовленных из полимеров;
• взрывом котлового бака;
• коротким замыканием электрического оборудования в котельной.

Наиболее высокий риск аварийных ситуаций характерен твердотопливным котлам, в которых сложно регулировать мощность теплоотдачи.

Производительность электрического и газового оборудования быстро корректируется от стартовых до максимальных показателей и наоборот. Зачастую в них присутствует автоматика безопасности, отключающая рабочие элементы при чрезмерных повышениях температуры.

Интенсивность горения дров, угля и другого вида топлива в твердотопливном котле корректируется с помощью открытия/закрытия заслонки. При этом сила отдачи тепла меняется не сразу, а постепенно. По причине инерционности теплогенератора жидкий теплоноситель может сильно перегреваться.

Вместе с вычисляющим давление манометром и удаляющим воздух из системы воздухоотводчиком предохранительный клапан часто включают в состав группы безопасности

Когда дрова в камере хорошо разогреваются, доведя воду в сети до необходимых температурных отметок, доступ воздуха перекрывают, и активное пламя начинает затухать.

Однако в раскаленном состоянии топка продолжает выделять накопившееся тепло. Достигая 90-95 градусов, теплоноситель вскипает и запускает неизбежное интенсивное парообразование. Вследствие этого провоцируется резкий скачок давления.

Именно в таких обстоятельствах включается в работу предохранительный клапан. При достижении граничного параметра давления он открывает затвор, освобождая для образовавшегося пара путь наружу. После стабилизации значений, клапан автоматически закрывается и снова переходит в спящий режим.

Его монтаж обязателен не только для твердотопливных, но и для паровых котлов, а также печей, оснащенных водяным контуром. Многие модификации отопительного оборудования комплектуются эти прибором еще на этапе производства. Часто этот клапан является одним из элементов группы безопасности. Обычно устройство врезают непосредственно в теплообменник или устанавливают в трубопровод поблизости котла.

Обратный клапан

Обратный клапан – это элемент запорной трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия потока рабочей среды в случае её движения в обратную сторону.

Принцип действия обратного клапана довольно прост и основан на автоматическом перекрытии проходного отверстия клапана при помощи запорного элемента. Это может быть металлическая пластина (захлопка), подпружиненная тарелка или обрезиненный стальной шар.

Сфера применения обратного клапана и задачи, которые перед ним поставлены

На сегодняшний день обратный клапан применяется практически на всех видах трубопроводных магистралей.

Во время эксплуатации внутри трубопроводной системы возникает гидравлическое давление, которое может быть неодинаковым на различных ее участках. Причины такого явления самые разные.

Чаще всего это неравномерное остывание рабочей среды (теплоносителя), ошибки в проектировании и монтаже трубопроводной системы или ее прорыв. Результат почти всегда один: поток рабочей среды под избыточным давлением   начинает двигаться в обратном направлении, в лучшем случае поступая обратно в резервуары, а в худшем из-за возникшего гидроудара разрушает оборудование и сам трубопровод.

Чтобы избежать таких последствий необходимо обязательно ставить обратный клапан. Данный элемент трубопроводной арматуры способен пропускать рабочую среду только в одном направлении. Обратный клапан в таких случаях просто блокирует поток рабочей среды и перекрывает проход в участок трубопровода, находящийся за ним.

Типы конструкций обратных клапанов

В зависимости от конструкции запорного элемента обратные клапана бывают следующих типов:

Запорный элемент в таком клапане представляет из себя металлическую створку (пластину, захлопку). Когда движения рабочей среды в трубопроводе отсутствует, то запорный элемент плотно прижат к выступающим элементам внутри корпуса обратного клапана.  Как только в трубопроводе появится движение рабочей среды, то она начнет давить на затвор и оттолкнет его, открыв таким образом проход для дальнейшего движения.

При прекращении движения среды по трубопроводу, запирающий элемент снова вернется в своё исходное положение под действием собственной силы тяжести. Движение рабочей среды в обратном направлении еще сильнее прижмет запирающий элемент к выступающим элементам корпуса (седлу) затвора. Таким образом обратный клапан закрывается.

При движении рабочей среды создается давление, под напором которого подпружиненная тарелка поднимается вверх и затвор открывается, а при падении напора или изменении направления движения потока рабочей среды тарелка опускается вниз под действием пружины или собственного веса и затвор закрывается.

В отличие от предыдущих видов, в данном случае запорным элементом является шар, перемещающийся в корпусе клапана в разные стороны под напором потока рабочей среды.

Принцип работы шарового клапана следующий: когда поток рабочей среды движется через корпус устройства в нужном направлении, он поднимает шар, который перемещается в специальный отсек клапана.   Как только направление движения потока меняется или вообще прекращается, то шар сразу опускается и перекрывает проходное отверстие клапана. Таким образом, движение рабочей среды в противоположном направлении становится невозможным.

Фланцевые обратные клапаны широко применяются при обустройстве магистралей большого диаметра. Наиболее востребованы устройства шарового типа.

Считается, что фланцевый тип присоединения к трубопроводу обеспечивает большую надежность в трубопроводе чем бесфланцевый тип или элементы под приварку. Обратные фланцевые клапаны изготавливаются из стали или чугуна.  Для предприятий химической промышленности и фармацевтики изготавливают обратные клапаны из нержавеющей стали. Корпус из чугуна или стали выдерживает рабочее давление 10-12 атмосфер, с кратковременным повышение до 16 атмосфер.

Где устанавливается предохранительный клапан?

Существует несколько требований к обязательной установке предохранительного клапана.

Как правило, одного клапана на контуре бывает достаточно.

Любой отделенный от основного контур, получающий тепло через теплообменник, должен иметь свой собственный предохранительный клапан.

На накопительном водонагревателе прямого нагрева (электрическом или газовом бойлере) клапан тоже обязателен. Правда, там уже используются несколько другие модели, предназначенные именно для подобного применения.

Для чего нужен клапан на бойлере, и как его правильно установить?

Накопительный водонагреватель без предохранительного клапана – это подвешенная к стене бомба. Причем, как видите, это не взято в кавычки, так как практически не является преувеличением. О важности предохранительного клапана для водонагревателя подробно рассказывается в специальной публикации нашего портала.

Где конкретно расположить клапан на контуре отопления?

Казалось бы, давление по всему контуру распределяется примерно одинаково. Но, тем не менее, оптимальным местом расположения клапана является труба подачи после ее выхода их котла – не ближе 0,5 метра. А так как клапаны, как правило, устанавливаются в составе так называемой «группы безопасности», то наилучшим местом становится самая высокая точка трубы подачи. Так, чтобы входящий в состав группы автоматический воздухоотводчик своевременно удалял скапливающиеся (естественно, в верхней точке) газы, не давая образоваться воздушной пробке. (Хотя сама по себе самая высокая точка именно для предохранительного клапана, скажем честно – не принципиальна).

Группа безопасности на трубе подачи после выхода из котла. Кстати, обратим внимание на ошибку – между котлом и клапанном смонтирован кран, чего быть не должно.

При этом должно быть соблюдено очень важное требование – между котлом (или иным источником тепла, например, теплообменником) и установленном в этом контуре клапаном категорически недопустимы никакие запорные устройства. После – пожалуйста, но перед ним – полностью исключено. Не должно быть вообще никакой вероятности случайного отсечения предохранительного устройства от контура.

Кстати, судя по опубликованным фотографиям, некоторые этим требованием манкируют. И совершенно напрасно!

Еще одно правило – труба, подходящая к клапану, не может быть меньше указанного на нем номинала! Иначе устройство может работать некорректно. Как правило, на корпусе указывается DN, например, ¾ «.

Следует правильно понимать, что такое расположение клапана – вовсе не догма. Естественно, всегда учитываются особенности создаваемой системы отопления. Так, например, «группа безопасности» вместе с предохранительным клапаном вполне может «увенчать» гидрострелку.

«Группа безопасности» в полном составе расположилась на гидрострелке.

Не знаете, что такое гидрострелка в системе отопления?

Самое время устранить такой пробел, так как это очень важная информация для правильного проектирования системы! Подробно о гидравлическом распределителе или гидрострелке системы отопления рассказывает отдельная статья нашего портала.

Бывают и иные решения. Например, кронштейн для крепления к стене расширительного бака, служащий одновременно коллектором для подключения и самого бака, и всех устройств «группы безопасности» — манометра, предохранительного клапана и автоматического воздухоотводчика.

Кронштейн для подвешивания расширительного бака, одновременно являющийся коллектором как для бака, так и для всей «группы безопасности».

Кстати, никто не заставляет располагать все три этих прибора вместе – просто такое их сочетание более удобно для повседневного контроля. Можно при желании приобрести предохранительный клапан, который уже имеет встроенный манометр — тоже очень неплохое решение.

«Два в одном» — предохранительный клапан со встроенным манометром.

А что же касается воздухоотводчиков, то обычно оной штукой дело никогда не ограничивается —  несколько таких сепараторов устанавливают в самых уязвимых с точки зрения скопления газов участках системы.

Наверное, это будет не очень хорошо, если вода при срабатывании клапана станет просто выливаться на пол. Поэтому к выходному патрубку стараются прикрепить трубу, которая отводит излишки теплоносителя в канализацию.

Но сплошная труба до канализации – это тоже не лучшее решение. Дело в том, что клапан, как уже понятно, сглаживает аварийную ситуацию, но никак не исправляет ее. То есть владельцу дома или квартиры должно быть очень важно видеть, что срабатывание клапана происходило – это явный сигнал о каком-то неблагополучии и о необходимости срочных поисков решения проблемы.

Поэтому рекомендуют дренажную трубу подсоединять не напрямую к клапану, а через специальную воронку для разрыва струи.

Предохранительный клапан с подсоединённой к нему воронкой разрыва струи. От этой воронки уже дальше пойдет дренажная труба.

При таком подходе срабатывание клапана не останется без внимания – какими-то признаками себя проявит (шумом струи, брызгами на полу и т.п.)

Отчего может проявляться срабатывание клапана?

Причин, по которым клапан дает о себе знать капанием или проливом теплоносителя, может быть несколько. Не все они одинаково серьёзны, но во всяком случае реакции, проверки – заслуживает любая из них.

• Самая, пожалуй, серьезная причина – выход из строя или нестабильная работа системы терморегуляции самого котла отопления. Наверняка, срабатывания пойдут частые и с обильным разливом воды.
• Спровоцировать протекание на клапане способные неполадки расширительного бака. Это может быть исходная неправильная настройка (но тогда она проявится довольно быстро). Из скрытых причин – повреждение мембраны или неисправность ниппеля, через который стравился воздух, накачанный в «сухую» камеру. При подобных неполадках в системе начинаются резкие скачки давления, вплоть до гидроударов, что и ведет к кратковременным, но довольно частым открытиям клапана.
• Слегка протекать клапан может и при пограничных значениях давления в системе. Точность пружинных устройств невыдающаяся, порядка ±20%, так что такое явление не исключается. Выход – более точные настройки системы с подбором соответствующего оборудования.
• Износ клапана – тоже одна из возможных причин. Выше уже говорилось, что после нескольких полноценных срабатываний клапан априори начнет «барахлить», и лучше его или отремонтировать (если он подаётся ремонту), или заменить на новый.
• Да и без срабатывания – все равно пружина со временем может начать «уставать». А кроме того, иногда подкапывание появляется вследствие просачивания теплоносителя вдоль штока. Тоже, наверное, повод подумать о ремонте или, скорее, замене.
• Срабатывание теоретически может быть вызвано и разрежением на выходном патрубке. Но говорить об этом – несерьезно. Тем более, если подключение будет производиться с разрывом струи.

Советы по выбору оптимальной модели

Перед тем как остановиться на конкретном предохранительном оборудовании, нужно обязательно подробно ознакомиться с техническими характеристиками котельной установки.

На работе предохранительного клапана негативно отражаются минусовые температуры. Поэтому достаточно важной характеристикой для устройства является наличие защиты от промерзания

Не стоит пренебрегать изучением инструкций производителя, в которых указываются все предельные значения.

Решающую роль в выборе устройства для отопления имеют несколько критериев:

• Производительность котла.
• Максимально допустимое давление среды для тепловой мощности нагревательного оборудования.
• Диаметр предохранительного клапана.

Следует проверить, чтобы регулятор давления в устройстве имел диапазон, в пределы которого входят параметры того или иного котла. Давление срабатывания должно быть на 25-30% больше рабочего показателя, требуемого для стабильной работы системы.

Чем выше рабочие показатели давления, тем меньше времени должен тратить прибор на срабатывание. Разрыв между давлением на старте движения и при полном открытии затвора должен составлять 15 % для номинального значения меньше 2,5 атм, 10% — для более высоких параметров

Диаметр предохранительного клапана не может быть меньше разъема подводящего патрубка. Иначе постоянное гидравлическое сопротивление не даст предохранителю в полной мере выполнять непосредственные задачи.

Оптимальный материал изготовления оборудования – латунь. Она обладает малым коэффициентом температурного расширения, при котором исключено разрушение корпуса от воздействий сильного давления.

Регулирующий блок производят из термостойких пластиковых материалов, сохраняющих нужную жесткость даже при контакте с кипящей жидкостью.

Назначение и устройство предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны — устройства прямого действия, работа которых зависит от движения рабочей среды. Конструкция изделия определяется его типом, но все они используются для защиты трубопровода от избыточного давления путем сброса излишков среды в атмосферу или дренажную систему. После того как показатели давления стабилизируются в заданном диапазоне, сброс прекращается.

Чертеж предохранительного клапана

Давление в трубопроводной системе может повышаться из-за внешних или внутренних причин:

• Влияния наружных источников тепловой энергии.
• Нарушения технологии использования подключенного оборудования, сбои в его работе.
• Проблемы при монтаже системы.
• Механическое повреждение труб и т. п.

Предохранительные клапаны предназначены для стабилизации давления в системе и необходимы на всех участках трубопроводов, где возможно возникновение аварии. Их используют при подключении бытового и промышленного оборудования, работающего с высоким давлением. Основная сфера применения — системы отопления, водо- и газоснабжения, подача сжатого воздуха.

Для чего в принципе необходимы предохранительные клапаны теплового сброса?

Казалось бы – такой клапан не особо-то и нужен. Ведь безопасность обеспечивают и другие устройства. В частности, предохранительный клапан, срабатывающий (срывающийся) при превышении давления. Его часто так и именуют – подрывным или срывным.

На большинстве отопительных систем можно заметить так называемые «группы безопасности». Они состоят из манометра, показывающего давление в контуре, автоматического воздухоотводчика и предохранительного срывного клапана (на иллюстрации – слева).

На этом устройстве сейчас фокусировать внимание не станем – такие клапаны уже были рассмотрены на нашем портале ранее.

Предохранительный клапан в системе отопления

Такие приборы обычно имеют совсем нехитрое устройство и вполне понятный принцип действия. При возвышении давления в системе до какой-то установленной отметки происходит срабатывание с выпуском излишков теплоносителя. Подробнее о работе предохранительного клапана в системе отопления – читайте в отдельной публикации нашего портала.

Ну так и чего «огород городить» — есть же ведь уже защита? Если что-то пойдет не так, например, повышение температуры в контуре вызовет рост избыточного давления, клапан сработает, и чрезвычайное происшествие будет предотвращено. Правда ведь?

Увы, не всегда это так на все 100%. От избыточного давления, да, такая защита должна помочь. А вот с температурой – вопрос более сложный.

Допускать доведение теплоносителя до точки кипения (условно 100 ℃) в бытовой котельной технике – недопустимо! Поэтому граница в 95, максимум 100 ℃ должна стать «непроходимой». Слишком высокая температура может привести к деформации теплообменника котла, к разрыву труб проложенного контура или соединений между ними. к массовому парообразованию и появлению газовых пробок, к другим не только неприятным, но и чрезвычайно опасным последствиям.

Не забываем, что в замкнутых объёмах, при повышенном давлении в системе, точка кипения смещается значительно выше. То есть при неконтролируемой температуре может возникнуть чрезвычайно опасная ситуация. Вода уже перегрета выше границы в 100 ℃, но кипения все еще нет. Однако, стоит давлению упасть (появилась протечка или где-то открылся сбросовый кран или клапан), как вся перегретая масса воды вскипает разом. Взрывы случаются такие, что попросту сносит стены.

Вот такими могут быть последствия взрыва котла!

«Повышенную взрываемость» народная молва отчего-то приписывает газовым котлам. По всей видимости, из-за время от времени появляющихся сообщений о взрывах при утечках газа. А между тем – это не так. Действительно, утечки газа опасны сами по себе. Но наибольшую опасность представляют собой твёрдотопливные котлы, как это ни кажется странным.

А между тем – объясняется это довольно просто. Температура сгорания твёрдого топлива – намного выше, чем газа, и энергетический потенциал – тоже. А вот контролировать процесс горения и управлять им – не пример сложнее. «Прикрутить фитилек» на газовом или жидкотопливном оборудовании – дело нескольких секунд. Про электрические и речь не идет – там управление еще проще и чувствительнее. А вот работа котла на дровах или угле всегда характеризуется значительной тепловой инертностью, то есть даже внесенные изменения в режим горения топлива срабатывают не сразу. Не зря многие твёрдотопливные котлы оснащаются специальными контурами охлаждения — это вынужденная мера, в целях недопущения перегрева выше критичных температур.

Да, предохранительный клапан по давлению должен здесь взять на себя обязанность защиты. Но, во-первых, точность срабатывания таких пружинных устройств – невелика, нормой считается ±30% от номинала. Для некоторых систем такой «пунктуальности» становится недостаточно. А во-вторых, и это главное, если система отопления оснащается расширительным баком открытого типа, то клапан по давлению и вовсе становится бесполезным. Он никак не убережет систему от возможного перегрева и доведения до точки кипения.

В отопительных системах открытого типа предохранительный клапан по давлению становится бесполезным «украшением».

Стало быть, необходима система защиты, которая срабатывала бы при достижении верхнего температурного порога.

Такой «рубеж обороны» необходим и при других обстоятельствах. Например, твёрдотопливный котел работает в системе с принудительной циркуляцией теплоносителя. Если вдруг из-за проблем с подачей электроэнергии остановится насос и прекратиться циркуляция, может сложиться крайне опасная ситуация. Значит, система защиты «по температуре» должна быть полностью энергонезависимой, способной выручить в любом случае.

Вот к таким устройствам и можно отнести клапаны теплового сброса.

Какой клапан выбрать?

Многообразие представленных а продаже моделей, несмотря на схожесть в устройстве – очень велико. Поэтому давать какие-то конкретные рекомендации – сложно. Можно лишь перечислить некоторые критерии, на которые стоит обратить особое внимание.

Диаметр условного прохода указывается на корпусе клапана.

Кстати, некоторые компании практикуют цветовую маркировку своих клапанов – по цвету пластиковой спускной рукоятки. Например, красная – 3.0 бар, черная – 1.5 бар,  желтая – 6.0 бар.

Клапаны разного номинала срабатывания – производитель выделил их и разным цветом

Однако, полностью полагаться на такие признаки нельзя – это не какой-то общепринятый стандарт. Вполне можно увидеть клапаны и с синей головкой, причем с номиналами и шесть, и восемь, и десять бар. Так что всегда проверяйте – что конкретно указано на устройстве.

• Выше уже говорилось, что предпочтение следует отдавать приборам в латунных корпусах.
• Безусловно, не следует покапать предохранительные клапаны совершенно неизвестного происхождения. Даже если цена кажется уж очень заманчивой. Никогда не забывайте, что речь в данном случае идет в том числе и о вашей личной безопасности.

В магазинах вполне достаточно качественной продукции известных брендов – «Valtex»,  «BAXI», «Ariston», «Beretta», «Danfoss», «Ferroli», «Vaillant», «Watts» и других. Информацию об изделиях нелишним будет заранее почитать на официальных сайтах компаний.

Безусловно, покупка должна проводиться в специализированном магазине. Не стесняйтесь потребовать документы, способные подтвердить оригинальность выбираемого изделия.

Пример комплекта «группы безопасности» — чугунный коллектор, предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр, со всеми необходимыми соединительными фитингами.

В завершение – прилагаем посмотреть видеосюжет, в котором автор делится опытом выявления и устранения проблем с предохранительным клапаном.

Какой клапан приобрести?

Надо сказать, что большого разнообразия именитых компаний, занимающихся производством таких клапанов теплового сброса, вы и не встретите. Но если попадутся оригинальные модели брендов «ICMA» или «Caleffi» (Италия), «Regulus» (Чехия), «WATTS» (США – Германия), «Danfoss» (Дания), то можно сразу приобретать, так как эти производители заслуживают всяческого доверия.

Покупать ли «кота в мешке», выписывая себе клапан в каком-то юго-восточном интернет-магазине? Сложно сказать, как повезет. Но если рассудить с позиции не ценовой целесообразности, а с той, что вы вверяете этому небольшому устройству заботу об обеспечении безопасности вашей семьи и вашего жилья – наверное, не стоит рисковать.

• Понятно, что критерием выбора, кроме наиболее подходящей по конструкции и компоновке модели, является диаметр соединений с другими элементами обвязки котла. И, конечно, место установки прибора.
• В паспортных характеристиках клапанов указывается диапазон рабочих температур и установленный порог срабатывания. Можно обратить внимание на допустимое значение давления (хотя даже в закрытых системах отопления оно, как правило, невысокое, и этот критерий не столь важен).
• Указывается в параметрах изделий и объем сброса или пропускающая способность. Причем, он может быть и в единицах объёма (например, литров в час), и в пересчете на количество транспортируемого тепла (например, кВт или Ккал в час).
• Если требуется клапан с выносным температурным зондом, то имеет смысл сразу поинтересоваться длиной капиллярной трубки.
• Естественно, ответственный производитель даст на свою продукцию гарантию.

В таблице ниже приведено несколько моделей предохранительных клапанов теплового сброса от ведущих производителей, гарантирующих качество, надёжность, безотказность (а она в данном случае особенно важна) своей продукции. Просто для примера – чтобы читателя имелось хотя бы общее представления об уровне цен на подобные приборы.

Как видно, цены на такие изделия – довольно-таки внушительные. Ничего не поделаешь: обеспечение безопасности — это не та сфера, на которой нужно экономить.

В завершение – небольшой видеосюжет о клапанах теплового сброса производства компании ICMA.

Предназначение, устройство и место в обвязке твердотопливного котла.

Предохранительные клапаны используются в системах трубопроводов, транспортирующих:

• холодную и горячую воду, пар,
• нефть и нефтепродукты,
• газ и жидкости с разными химическими свойствами.

Они применяются в различных сферах промышленности – газовой, нефтеперерабатывающей, химической, во многих других инженерных коммуникациях.

Предохранительные клапаны – это элементы трубопроводной предохранительной арматуры, применяющиеся в трубопроводных системах, для защиты от перегрузок давления рабочей среды. Принцип работы таких устройств не очень сложный. При повышении давления потока транспортируемой среды клапан сбрасывает излишки рабочей среды в дренажную систему или атмосферу. После того как давления нормализуется устройство автоматически возвращается в исходное положение и сброс прекращается. Достигается это благодаря наличию пружины в предохранительном клапане.

В нормальном состоянии предохранительного клапана запорный элемент прижат к седлу пружиной. По мере роста давления рабочей среды, пружина под воздействием силы этого давления начинает сжиматься тем самым отодвигая от седла запорный элемент.  Через освобожденный проход в отдельный патрубок отводятся излишки рабочей среды. По мере уменьшения давления, пружина разжимается и подводит запорный элемент обратно к седлу клапана.

В зависимости от конструкции предохранительные клапаны делятся на следующие виды:

Пружинные предохранительные клапаны

Предохранительные клапаны с пружинной конструкцией наиболее распространены во всех трубопроводных системах. Работают они по принципу описанному выше. Такие устройства имеют возможность настраивать степень предварительного сжатия пружины. Такая настройка производится при помощи регулировочного винта.

Для периодичной проверки работоспособности таких клапанов, они зачастую оснащаются рычагом принудительного ручного открытия затвора. Устройства, работающие в опасных и вредных для здоровья средах, функциями ручной продувки клапана не оснащаются. Все элементы клапана (пружина седло, шток, затвор), работающего с агрессивными средами, покрываются специальными антикоррозийными покрытиями.

Рычажно-грузовые предохранительные клапаны

Такие клапаны используются в неподвижных системах. Монтаж рычажно-грузовых клапанов производится в положении относительно горизонта, которое строго определено изготовителем. Не допускается применять эти клапаны на транспортных средствах и других подвижных объектах.

Принцип работы рычажно-грузовых клапанов отличается от пружинных

Основными элементами являются: запорный элемент (тарелка), рычаг и груз прикрепленный на одном конце этого рычага. Вес груза, под действием земного притяжения преобразуется в силу, которая через рычаг и шток передается на запорный элемент и противодействует силе, создаваемой давлением рабочей среды.

В случае, когда прижимная сила затвора больше силы давления рабочей среды клапан находится в закрытом состоянии. При повышении давления среды, прижимная сила в какой – то момент становится меньше силы давления и запорный элемент смещается. Клапан открывается и происходит сброс лишней рабочей среды, в результате чего давление в системе падает. После нормализации давления клапан закрывается.

Настройка рычажно-грузового клапана происходит двумя способами:

• Уменьшением или увеличением массы груза – количественная регулировка.
• Перемещение груза по рычагу. Чем дальше от корпуса груз, тем большее давление необходимо для срабатывание клапана.

При больших рабочих давлениях в системе значительно увеличиваются габариты рычагов и грузов клапанов.

Магнито-пружинные предохранительные клапаны

Магнито-пружинные устройства работают по принципу непрямого действия. Т.е. запорный элемент приводится в действие не механическим способом, как в клапанах рассмотренных ранее, а электромагнитным соленоидом.

В закрытом положении клапана подается напряжение на электромагнит и он прижимает затвор к седлу. При повышении давления в системе и достижения его значения порогового уровня автоматика отключает напряжение соленоида и рабочая среда отжимает запорный элемент. Клапан открывается.

В другой конструкции клапан находится в закрытом положении под действием пружины, которая давит на запорный элемент. При достижении порогового значения давления рабочей среды, автоматика подает напряжение на электромагнитный соленоид, который в свою очередь поднимает затвор и открывает клапан.

Также есть конструкция магнито-пружинного предохранительного клапана в которой электромагнит работает как на закрытие, так и на открытие клапана.  В зависимости от полярности приложенного напряжения, соленоид может прижимать затвор к седлу или поднимать его.

Настройка порогового значения давления для срабатывания клапана, осуществляется на аппаратуре автоматики без физического доступа к арматуре. Такие устройства стоят гораздо дороже своих механических аналогов прямого действия. Но, они достаточно востребованы в довольно сложных системах, где необходимо наличие управляющей автоматики.

Принцип действия предохранительных клапанов

Принцип действия предохранительных клапанов довольно простой. При закрытом положении клапана на чувствительный элемент влияет рабочее давление всей системы. При возникновении любых процессов, из-за которых давление среды начинает повышаться, золотник перестает прижиматься к седлу. Как только сила обнуляется, запорный элемент отделяется от седла, и клапан открывается. Через открывшееся отверстие рабочая среда начинает удаляться, пока давление не снизится, и пружина не прижмет запорный элемент обратно к седлу.

Для закрытия клапана необходимо снижение давления до отметки ниже в 10–15% до нормального уровня из-за того, что для обратной герметизации запорного элемента требуется большее усилие, чем для поддержания его в закрытом положении до сброса рабочей среды.

К предохранительным клапанам предъявляются высокие требования, главные из которых — скорость и четкость срабатывания, надежность использования. Это возможно за счет:

• Оперативного открытия при достижении порогового значения срабатывания устройства.
• При открытии клапана формируется достаточная пропускная способность для удаления излишков среды.
• Четкого закрытия системы при достижении допустимого уровня давления.
• Высокой герметичности и полного отсутствия протечек при обычном напоре среды, как до так и после срабатывания предохранительного клапана.
• Длительного срока эксплуатации и безотказной работы в течение паспортного времени работы, стабильность всех характеристик.

Все клапаны должны проходить периодические испытания на работоспособность и целостность уплотнительных элементов. Предохранительную арматуру демонтируют для ее последующей отправки в поверочную лабораторию, имеющую необходимую сертификацию для поверки изделий.

В случае если предохранительные клапаны работают на сложном оборудовании с непрерывным циклом, возможна поверка на месте эксплуатации в действии.