Зміст
Водопровідні клапани: види та особливості
Водопровідні клапани відіграють ключову роль у системах водопостачання, забезпечуючи керування потоком води, захист трубопроводів від надлишкового тиску та запобігання зворотному струму рідини. Правильний вибір клапанів гарантує ефективність, безпеку та довговічність роботи водопроводу. У цій статті ми докладно розглянемо основні типи водопровідних клапанів, їх конструктивні особливості, переваги та сфери застосування.
Запірні клапани
Запірні клапани призначені для повного перекриття потоку води у трубопроводі. Вони використовуються для відключення окремих ділянок системи під час ремонту, заміни обладнання чи аварійних ситуаціях. Розглянемо докладніше три основні типи запірних клапанів.
Кульові крани - найпоширеніший тип запірної арматури у сучасних водопровідних системах. Їх конструкція включає корпус з порожнистою кулею всередині, яка повертається навколо своєї осі на 90 °, відкриваючи або перекриваючи прохідний отвір.
Переваги кульових кранів:
- Компактність та простота конструкції
- Швидке та плавне відкриття/закриття потоку
- Мінімальний гідравлічний опір (втрата напору не більше 0,05-0,1 бар)
- Можливість роботи при високих тисках (до 40 бар) та температурах (до 150 ° C)
- Надійна герметичність у закритому положенні
- Тривалий термін служби (до 50 000 циклів відкриття/закриття)
Недоліки:
- Неможливість регулювання потоку (тільки повне відкриття або закриття)
- Відносно висока ціна порівняно з вентилями
Кульові крани широко застосовуються в системах холодного та гарячого водопостачання, опалення, а також у промисловості для транспортування рідин та газів. Вони випускаються з різними типами приєднання (різьбове, муфтове, фланцеве) та діаметрами умовного проходу (DN) від 10 до 300 мм.
Вентилі - традиційний тип запірної арматури, пристрій якого заснований на поступальному русі затвора (золотника) перпендикулярно до потоку робочого середовища. При закручуванні маховика або рукоятки золотник опускається на сідло і перекриває прохідний переріз.
Типи вентилів за способом приєднання до трубопроводу:
- Муфтові (різьбові) – для труб малого діаметра (до DN 50)
- Фланцеві - для труб середнього та великого діаметру (DN 50-300)
- Приварні – для сталевих трубопроводів (приєднання корпусу до труби зварюванням)
Вентилі забезпечують надійне та герметичне перекриття потоку, але мають більш високий гідроопір (0,2-0,5 бар) порівняно з кульовими кранами. Їхнє застосування виправдане на ділянках водопроводу, де не потрібне часте відкриття/закриття і є обмеження за габаритами арматури.
Засувки - різновид запірних клапанів, в яких прохідний отвір перекривається затвором у формі диска або клина, що рухається вздовж поверхонь ущільнювачів сідла корпусу. Відкриття та закриття засувки здійснюється обертанням маховика або штурвала, який через різьбовий шпиндель піднімає або опускає затвор.
Види засувок по конструкції затвора:
- Клинові - з цілісним клиноподібним замикаючим елементом
- Паралельні - з дводисковим затвором, площини якого паралельні поверхням ущільнювачів
- Шиберні - з плоским затвором-гільйотиною, що рухається в пазах корпусу
Завдяки своїй конструкції засувки забезпечують мінімальний гідравлічний опір у відкритому положенні (0,15-0,3 бар), який можна порівняти з кульовими кранами. Але процес відкриття/закриття засувки відбувається повільніше і потребує більшої кількості оборотів маховика (2,5-4 обороти на 1 см ходу затвора).
Засувки найчастіше використовуються на магістральних водопроводах великого діаметра (від DN 300 і вище), для зонування та секціонування мережі, а також як запірно-регулюючу арматуру на насосних станціях та в системах пожежогасіння. Діапазон робочих тисків – до 25 бар, температур – до 120°C.
Зворотні клапани
Зворотні клапани - це пристрої, що запобігають зміні напряму потоку води у трубопроводі у протилежний бік. Вони захищають систему водопостачання від зворотного струму, який може бути спричинений падінням тиску у магістралі або роботою насосного обладнання. Встановлення зворотних клапанів особливо важлива в системах з кількома джерелами води (міський водопровід, свердловина, резервуар) для виключення їхнього взаємного впливу.
Основні типи зворотних клапанів:
- Підйомні - із запірним елементом у вигляді кулі або диска, що піднімається під дією потоку води та опускається на сідло під власною вагою, перекриваючи зворотний струм. Пропускна здатність – до 90 м³/год, тиск – до 16 бар.
- Поворотні - із запірним елементом у вигляді захлопки, що відкривається потоком води та закривається пружиною або противагою при зміні напрямку течії. Забезпечують менший гідроопір (0,1-0,3 бар) та більшу пропускну здатність (до 200 м³/год) порівняно з підйомними клапанами.
- Мембранні - з еластичною мембраною як запірний елемент, що прогинається під дією прямого потоку і перекриває прохід при зворотному тиску. Компактні, мають малий гідроопір (0,05-0,2 бар), але обмежені за максимальним тиском (до 10 бар) та температурою (до 90°C).
При виборі зворотного клапана необхідно враховувати:
- Діаметр умовного проходу (DN), що відповідає трубопроводу
- Максимальний робочий тиск та температуру води
- Необхідну пропускну спроможність (витрата)
- Допустимий гідравлічний опір
- Матеріал корпусу та ущільнень (латунь, нержавіюча сталь, пластик)
- Монтажне положення (горизонтальне, вертикальне)
Правильно підібраний та встановлений зворотний клапан надійно захистить водопровідну систему від зворотного струму та можливих пошкоджень обладнання.
Запобіжні клапани
Запобіжні клапани – це пристрої, що захищають водопровідну систему від перевищення допустимого тиску шляхом скидання надлишків води в атмосферу чи дренаж. Вони є обов'язковим елементом безпеки у системах водопостачання, особливо за наявності нагрівального обладнання (бойлери, котли), насосів та мембранних баків.
Види запобіжних клапанів:
- Пружинні - із запірним елементом у вигляді золотника або диска, що притискається до сідла пружиною із заданим зусиллям. При перевищенні настроювального тиску (зазвичай на 10-20% вище робітника) клапан відкривається і скидає надлишок води. Діапазон регулювання – від 1 до 16 бар.
- Важельно-вантажні - схожі на пружинні клапани, але з вантажем на важелі замість пружини. Тиск відкриття регулюється зміною положення вантажу на важелі. Використовується для труб великого діаметра (DN 50 і вище) та високих тисків (до 40 бар).
- Мембранні - з еластичною мембраною, яка під дією надлишкового тиску прогинається та відкриває зливний отвір. Компактні, прості в налаштуванні, але мають обмеження температури (до 90°C) і пропускну здатність (до 3 м³/год).
Для правильного захисту системи запобіжний клапан має бути:
- Підібраний за діаметром умовного проходу (DN), що відповідає трубопроводу
- Відрегульований на тиск спрацьовування, що не перевищує допустиме для обладнання, що захищається
- Встановлено якомога ближче до джерела можливого підвищення тиску (котел, насос, бак)
- Змонтований на окремому патрубку без запірної арматури між клапаном і об'єктом, що захищається
- Забезпечений вільним зливом води через скидну лінію достатнього діаметра (не менше DN запобіжного клапана)
Своєчасна перевірка та заміна запобіжних клапанів гарантує надійний захист водопровідної системи від аварійного перевищення тиску та пов'язаних із цим пошкоджень.
Регулюючі клапани
Регулюючі клапани призначені для плавної зміни витрати води у трубопроводі шляхом зміни прохідного перерізу. Вони дозволяють налаштовувати та підтримувати необхідні параметри системи (тиск, температуру, витрата), забезпечуючи її ефективну та економічну роботу. Регулюючі клапани широко застосовуються в системах опалення, гарячого водопостачання, теплопостачання та промислових установках.
Типи регулювальних клапанів:
- Двоходові - з одним вхідним та одним вихідним патрубком. Використовуються для регулювання витрати води в окремих гілках системи або через теплообмінне обладнання (радіатори, конвектори, калорифери). Пропускна здатність – від 0,5 до 50 м³/год, умовний прохід – від DN 15 до DN 100.
- Триходові - з одним вхідним та двома вихідними патрубками (або навпаки). Служать для змішування або поділу потоків води з різною температурою, наприклад, у системах із погодозалежним регулюванням. Випускаються в розмірах від DN 15 до DN 150 з пропускною здатністю до 150 м³/год.
- Балансувальні - спеціальні клапани для гідравлічного балансування систем опалення та охолодження. Вони дозволяють налаштувати розрахункову витрату теплоносія через кожен споживач (радіатор, фенкойл) та забезпечити рівномірний розподіл тепла по всій будівлі. Мають шкалу налаштування та можливість вимірювання витрати. Типові діаметри – від DN 15 до DN 50.
Принцип регулювання потоку в клапанах ґрунтується на зміні положення регулюючого елемента (плунжера, конуса, диска) щодо сідла корпусу. Це досягається за допомогою різних типів приводів:
- Ручних (маховик, рукоятка)
- Електричних (електропривід, сервопривід)
- Термостатична (термостатична головка)
Для забезпечення точного та стабільного регулювання клапани можуть оснащуватися додатковими пристроями:
- Позиціонерами (для електроприводів)
- Регуляторами перепаду тиску (для автоматичної підтримки постійної витрати)
- Витратомірами (для балансувальних клапанів)
Застосування регулюючих клапанів дозволяє оптимізувати роботу водопровідних систем, знизити енергоспоживання та підвищити комфорт в приміщеннях, що обслуговуються. Правильний підбір та налаштування клапанів потребує спеціальних знань та виконання гідравлічних розрахунків.
