Обратный клапан шаровой: конструкция, разновидности, сфера применения

При эксплуатации трубопроводных систем, по которым транспортируются различные среды, не исключены ситуации, когда движение потока таких сред может измениться на противоположное. Чтобы исключить такие явления, последствия которых могут стать причиной нарушения работы как отдельных элементов трубопровода, так и всей системы в целом, применяются обратные клапанные устройства, одним из видов которых является клапан обратный шаровый.

Клапан обратный шаровый резьбовой с легко снимаемой крышкой

Принцип действия

Конструкцию клапана обратного – как шарового, так и любого другого типа – составляют корпус, который может быть изготовлен из стали или чугуна, и запорный элемент. В качестве последнего в шаровом клапане используется металлический шар, в затворах других типов это может быть пружинная металлическая пластина – створка или цилиндрический золотник.

В начальном состоянии, когда шаровый обратный клапан не пропускает через себя среду, транспортируемую по трубопроводу, его проходное отверстие закрыто шаром, на который воздействует пружинный механизм. Под воздействием давления, создаваемого рабочей средой, пружина начинает сжиматься, и отверстие в затворе открывается, давая возможность газу или жидкости двигаться по трубопроводу в требуемом направлении. При падении давления рабочей среды, что может произойти из-за остановки насосного оборудования, утечки или по ряду других причин, пружинный механизм снова прижимает шар к выходу проходного отверстия, запирая клапан и не давая газу или жидкости двигаться в обратном направлении.

Принцип работы шарового обратного клапана

Разновидности обратных клапанных устройств

Кроме обратных клапанов шарового типа, в трубопроводных системах, предназначенных для перекачки жидких и газообразных сред, используются затворы других видов, которые различаются между собой как конструктивным исполнением и техническими характеристиками, так и сферой применения. Наиболее значимым отличительным признаком обратных клапанов, который и позволяет относить их к тому или иному виду, является тип используемого в их конструкции запорного механизма. Обратные затворы, которые применяются для оснащения как транспортировочных трубопроводных систем, так и систем отопления и канализации, могут также различаться между собой материалом изготовления и способом установки.

Обратный шаровый клапан для отопления

Дисковые обратные клапаны

Запорный элемент данных клапанов – это пластина, на которую воздействует пружинный механизм. Они отличаются самой простой конструкцией из всех подобных устройств и, соответственно, самой доступной ценой. В закрытом состоянии, когда через такой клапан не проходит поток рабочей среды, пружина его запорного механизма прижимает диск к выходу из проходного отверстия, не давая жидкости или газу двигаться в обратном направлении. Соответственно, когда поток рабочей среды, двигающейся в нужном направлении, достигнет определенного давления, он отожмет подпружиненную пластину и сможет беспрепятственно проходить через клапан.

Большим недостатком дисковых обратных затворов обычной конструкции является то, что при закрытии их запорного механизма создаются значительные ударные нагрузки, что не только негативно отражается на их техническом состоянии и работоспособности, но и приводит к возникновению такого негативного явления, как гидравлический удар. Подобного недостатка лишены дисковые обратные клапаны безударного типа, запорная часть которых оснащена специальным механизмом, обеспечивающим плавное закрытие створки. Между тем следует иметь в виду, что такие изделия стоят достаточно дорого.

Устройство дискового обратного межфланцевого клапана

По типу установки дисковые клапаны, как и клапанные устройства других типов, могут быть фланцевыми и межфланцевыми. В первом случае фланец является элементом корпуса самого клапана и соединяется с ним при помощи сварки. Обратные затворы межфланцевого типа устанавливаются между двумя фланцами, которые смонтированы на элементах трубопроводной системы. Наиболее значимыми преимуществами межфланцевых обратных затворов, если сравнивать их с фланцевыми, являются их компактные габариты и небольшой вес.

Обратные клапаны подъемного типа

Запорным элементом обратных клапанов подъемного типа является золотник, свободно перемещающийся по вертикальной оси. В закрытом состоянии золотник располагается в специальном посадочном седле, перекрывая пропускное отверстие. Как только давления потока рабочей среды будет достаточно для того, чтобы поднять золотник, клапан откроется. Соответственно, если давление в трубопроводе снизится, золотник снова опустится в седло под воздействием собственного веса. Если говорить о недостатках обратных клапанов подъемного типа, то наиболее значимым из них является то, что устанавливаться такое запорное устройство может только в вертикальном положении.

Обратный фланцевый клапан подъемного типа

Конструкция и преимущества клапанов шарового типа

Запорным элементом клапанов обратных шарового типа, как уже говорилось выше, является шар, который может быть изготовлен из чугуна, стали или алюминия. Достаточно часто для обеспечения большей надежности такого затвора в закрытом состоянии шар дополнительно покрывают слоем резины. Шаровые обратные клапаны, которые могут устанавливаться как на горизонтальных, так и на вертикальных участках трубопроводов, несмотря на простоту своей конструкции, надежны в эксплуатации.

Клапан шаровой обратный отличается высокой универсальностью и выпускается для трубопроводов различного диаметра, что дает возможность использовать его для оснащения как бытовых, так и промышленных трубопроводных систем. Оснащаются шаровыми затворами трубопроводные системы, применяемые для отопления частных домов и для обогрева крупных промышленных объектов, насосные станции, а также трубопроводы, по которым рабочие среды транспортируются для нужд различных отраслей промышленности.

Устройство обратного клапана шарового типа

Отдельные модели клапанов шариковых оснащаются съемной крышкой, которая позволяет выполнять мелкий ремонт и техническое обслуживание таких запорных устройств без их демонтажа. Крышка крепится на корпусе клапана при помощи болтов, а для обеспечения герметичности ее соединения используется специальная уплотнительная прокладка. На трубопроводах большого диаметра, элементах отопительного и насосного оборудования чаще всего применяют клапаны обратные шаровые фланцевые.

Основные правила выбора

Выбирая обратный клапан для системы отопления или для любых других целей, следует учитывать две основные характеристики:

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

Как правило, данные характеристики указаны в маркировке шаровых обратных клапанов, что дает возможность быстро и правильно подбирать такие устройства для отопления или для оснащения трубопроводов другого назначения.

Все необходимые параметры шарового обратного клапана обязательного указываются в сопровождающей технической документации

От того, насколько правильно обратный клапан, относящийся к шаровому типу, будет подобран по характеристике рабочего давления, будут зависеть безопасность использования и длительность эксплуатации такого устройства. Если же неправильно подобрать обратный клапан по диаметру его условного прохода, то установить его просто не получится.

Выбирая шаровой обратный клапан, следует учитывать и то, каким образом определенная модель может быть установлена на трубопровод. Кроме фланцевых и межфланцевых обратных клапанов, о которых уже было сказано выше, существуют модели, которые устанавливаются при помощи резьбовых муфт или сварки. В частности, на пластиковые трубы, используемые для отопления или водоснабжения, обратные клапаны монтируют только при помощи сварки.

Клапаны обратные шаровые коленные

Как выполнить монтаж

Приступая к монтажу обратных клапанов (как шарового, так и любого другого), следует обязательно ознакомиться с его правилами. Перечислим наиболее важные из таких правил.

• Выполнять монтаж обратных клапанов (в особенности, если такие устройства устанавливаются на трубопроводы, характеризующиеся большим давлением потока транспортируемой рабочей среды) могут только специалисты, которые прошли предварительное обучение и получили разрешительные документы.
• Перед началом монтажа в ту часть трубопроводной системы, где устанавливается клапан, следует отключить подачу рабочей среды.
• Прежде чем устанавливать обратный клапан, следует еще раз убедиться в том, что выбранная вами модель полностью соответствует по своим характеристикам как размерам трубопровода, так и давлению потока рабочей среды.
• При установке обратных клапанов – как шарового, так и любого другого – необходимо учитывать и климатические условия, в которых такое устройство будет эксплуатироваться.
• При монтаже обратных клапанов межфланцевого типа сначала устанавливаются фланцы, между которыми и будет в дальнейшем фиксироваться такое устройство.
• После того как обратный клапан установлен на трубопроводную систему, следует еще раз убедиться в правильности его монтажа и в том, что все требуемые соединения выполнены.

Допустимые пространственные ориентации шарового обратного клапана

На современном отечественном рынке сегодня предлагается большое разнообразие шаровых обратных клапанов от различных производителей, что позволяет подбирать такие устройства, ориентируясь не только на свои потребности, но и на финансовые возможности.

И в заключение небольшой видеоролик с наглядной демонстрацией принципа работы шарового обратного клапана.

Виды и технические возможности обратного клапана для отопления

Современные системы отопления состоят из большого числа различных агрегатов, узлов и деталей. Каждый элемент имеет свое назначение, при правильном проектировании и монтаже все они работают как единый организм. Не самый сложный по своему устройству, но очень важный для четкой работы отопления элемент- это обратный клапан. Он управляет потоком жидкости или газа, попуская его по трубопроводу только в одном направлении.

Обратный клапан, его конструкция, принцип работы и назначение

Во время работы системы отопления могут возникать штатные или нештатные ситуации, в которых жидкость в той или иной трубе пытается течь вспять. Это может происходить при остывании теплоносителя или нарушении целостности трубопроводов. Такая ситуация может привести к неприятным последствиям- от прекращения обогрева до выхода из строя бойлера и других узлов системы. Чтобы предотвратить изменение направления потока, применяют обратные клапаны. Он не препятствует течению жидкости в заданном направлении, а при попытке обращения потока вспять перекрывает трубопровод. Клапаны в системе отопления приводятся в действие различными силами:

• пружиной;
• силой тяжести;
• давлением потока.

Их исполнительный орган- тарелка, шар или лепестки при обращении потока плотно прилегает к седлу и не дает жидкости двигаться.

Рисунок 1. Схема подключения к отопительной системе

Чтобы все узлы функционировали в заданном режиме, обратный клапан для системы отопления должен создавать минимальное сопротивление потоку в заданном направлении, и как можно быстрее срабатывать при развороте течения.

Виды обратных клапанов

Все виды устройств несут одну и ту же функцию, но могут иметь разную конструкцию, разные исполнительные органы и приводиться в действие разными физическими принципами.

Исходя из конструкции и принципа срабатывания, различают такие основные виды, как

• дисковые, или тарельчатые;
• шаровые;
• лепестковые;
• двустворчатые.

Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки и преимущественную область применения.

Тарельчатый

Рабочий орган, или затвор клапана представляет собой диск, прикрепленный к подпружиненному штоку. При нормальном направлении потока пружина сжимается давлением жидкости и затвор открывается. Как только напор жидкости падает или она стремится течь в обратную сторону, пружина разжимается и прижимает тарелку к седлу, и затвор закрывается.

Рисунок 2. Конструкция дискового затвора

На тарелке (реже- на седле) размещают резиновую или силиконовую уплотнительную прокладку, обеспечивающую максимально прилегание диска к седлу и исключающую просачивание жидкости.

Рисунок 3. Принцип действия тарельчатого обратного клапана

Такие устройства завоевали заслуженную популярность при проектировании и комплектации бытовых систем отопления. Они обладают такими достоинствами, как:

• Простота устройства. Оно состоит из 5 деталей и не требует высокой точности при изготовлении.
• Надежность. Благодаря простоте конструкции такие устройства работают годами без замены.
• Не нуждаются в техобслуживании.
• Доступность цены.

Есть и таких приборов и минусы:

• Высокое сопротивление потоку в открытом состоянии.
• Подвержены выпадению минеральных отложений на диск и седло. Это приводит к неисправности.
• Низкая ремонтопригодность. При нарушении в работе весь прибор меняют на новый.
• При открытии создают гидравлический удар. Это не вредит самому устройству, но может ускорить износ других чувствительных к динамическим нагрузкам агрегатов, таких, как тепловые насосы.

Есть специальные конструкции тарельчатых затворов, оснащенных устройством плавного открывания. Но стоят они заметно дороже.

Шаровой, или гравитационный

В гравитационном обратном клапане для систем отопления главным рабочим органом, перекрывающим поток воды, служит металлический шар. Для улучшения прилегания шар покрывают тонким слоем упругого пластика или резины. Когда поток жидкости идет через устройство в заданном направлении, он силой своего давления приподнимает шар над седлом и открывает просвет.

Рисунок 4. Шаровой клапан

Если напор потока падает или направление движения потока жидкости меняется на обратное, шар под действием силы тяжести падает на седло, прижимается к нему и перекрывает просвет. Чем больше жидкость пытается течь в обратном направлении, тем сильнее прижим и надежнее перекрытие.

Плюсы такой конструкции следующие:

• Низкое сопротивление потоку в открытом положении.
• Максимальная надежность. Устройство не содержит трущихся элементов и практически не изнашивается в открытом положении.
• Высокая ремонтопригодность. Съемная крышка позволяет легко очищать камеру и рабочие элементы прибора и заменять шарик при необходимости.

К минусам относятся такие факторы, как:

• Большие диаметр.
• Высокое рабочее давление.
• Необходимость строгого соблюдения ориентации устройства при монтаже. В противном случае шар не поднимется и не откроет просвет.

Высокие требования к монтажу и к рабочему давлению ограничивают использование такой арматуры в домашних системах отопления.

Лепестковый

В качестве затвора используется стальная или латунная пластина. Она закрепляется на подпружиненной оси, перпендикулярной направлению движения жидкости

Рисунок 5. Межфланцевый лепестковый затвор

Принцип работы поворотного клапана прост. При движении жидкости в основном направлении сила напора поворачивает затвор, преодолевая сопротивление пружины. При падении давления или обращении потока пружина ставит затвор поперек трубы, перекрывая ее. Существуют конструкции и без пружины. В них заслонка возвращается на место подл действием силы тяжести.

У такой конструкции есть свои достоинства:

• Низкая цена.
• Малое гидравлическое сопротивление в открытом виде.
• Высокая чувствительность и малое время срабатывания.

К недостаткам относят наличие движущихся и трущихся частей. Это ведет к их неминуемому износу и ремонту либо замене.

Двустворчатый

Двустворчатые клапаны – это разновидность лепестковых их ось расположена точно посередине трубы, и два полудиска-лепестка могут становиться вдоль потока, открывая затвор, либо под действием пружин располагаться поперек потока, перекрывая его.

Рисунок 6. Схема действия двухстворчатого клапана

Такие клапана отличаются чрезвычайно быстрым срабатыванием, но создают значительное сопротивление потоку. Они применяются в средних и крупных отопительных системах с высоким рабочим давлением.

Подъемный

По принципу действия клапан близок к дисковому, но отличается от него тем, что тарелка и подпружиненный шток расположены не вдоль, а перпендикулярно потоку жидкости.

Рисунок 7. Схема действия и разрез подъемного клапана

Сила давления потока приподнимает тарелку, при этом освобождается просвет для движения жидкости в заданную сторону. Если давление падает или поток пытается повернуть вспять, тарелка под действием пружины опускается и прижимается к седлу, перекрывая просвет.

К преимуществам такой конструкции относят:

• Надежность обеспечивается минимальным числом движущихся деталей и простотой устройства.
• Низкая чувствительность к чистоте жидкости, как механической, так и химической.
• Ремонтопригодность. Через верхнюю крышку можно очищать камеру и заменять неисправные детали.

Недостатком считают необходимость монтажа строго в горизонтальном положении. Это делает клапан неприменимым для вертикальных отрезков трубопроводов. Конструкция подходит для систем с естественной циркуляцией.

область применения.

Область применения той ил иной конструкции определяется сочетанием ее конструктивных свойств, эксплуатационных характеристик и требований к установке. Подбирать арматуру для домашней системы отопления лучше с помощью квалифицированного и опытного инженера, способного выполнить необходимые оценки параметров и провести расчеты.

Кроме внутреннего устройства, обратные клапана различаются также и по способу присоединения к трубам.

Муфтовые

Снабжены резьбовыми муфтами с двух сторон, монтируются с помощью резьбовых фитингов. Устройство может поставить мастер с минимальными навыками, однако оно не выдерживает высокого давления.

Рисунок 8. Муфтовое подключение дискового затвора

Диаметр редко превышает два дюйма (50 мм). Поэтому область применения обычно ограничена дисковыми затворами в частных домах и квартирах.

Фланцевые

С двух сторон корпуса отлиты фланцы с отверстиями. Аналогичные фланцы привариваются к трубопроводу, и через прокладки корпус притягивается болтами и гайками. Такое соединение существенно прочнее резьбового, и может выдерживать высокое давления.

Область применения таких соединений- магистрали среднего и большого диаметра. Наиболее популярными стали шаровые затворы.

Рисунок 9. Фланцевое соединение

Межфланцевые

Такой способ крепления предусматривает установку клапана между двух фланцев, приваренных к трубопроводу.

Рисунок 10. Межфланцевое крепление лепесткового клапана

Способ отличается высокой надежностью и проще в установке. Вес и габариты таких устройств меньше, чем у фланцевых. Крепление также может выдерживать высокое давление. Применяется на магистральных трубопроводах

Если требуется повышенная надежность, то корпусе устройства предусматривают сквозные отверстия, через них и оба фланца пропускаются сквозные шпильки, на которых с двух сторон затягиваются гайки.

Сварные

Выпускаются также и клапаны, рассчитанные на сварное соединение. С двух сторон у них торчат патрубки, которые при монтаже можно обрезать под размер и приварить к трубам магистрали.

Такой вид неразъемного соединения отличается максимальной прочностью, однако в случае демонтажа прибора придется приваривать дополнительный кусок трубы. Так выпускаются тарельчатые и лепестковые затворы.

Материал

Материал, из которого изготовлен корпус детали затвора, влияет на его прочность, коррозионную стойкость и срок службы:

• Нержавейка. Мало подвержена коррозии, может применяться в активных средах и при высоких температурах. Используется на трубах до 40 см в диаметре. Отличается высокой ценой.
• Латунь. Дешевле нержавейки, имеют высокую коррозионную стойкость. Прочность заметно ниже, но вполне достаточная для бытовых систем
• Чугун. Оливки из чугуна имеют высокую прочность и низкую цену, но отличаются большими габаритами и массой. Используются в тех местах, где вес и размер большого значения не имеют. Из-за особенностей технологии литья, минимальный размер- 4 см. В частных системах практически не применяются.
• Пластик. Такие изделия дешевы, но не отличаются высокой долговечностью и теплостойкостью. Лучше применять приборы с металлическими деталями.

Рисунок 11. Затвор с металлическими деталями дольше прослужит

Несмотря на большую цену таких клапанов, их имеет смысл использовать. Они обеспечат заметно больший срок бесперебойной работы и не заставят разбирать систему для ремонта посреди отопительного сезона.