Водопроводные клапаны, какие бывают виды?

Водопроводные клапаны: виды и особенности

Водопроводные клапаны играют ключевую роль в системах водоснабжения, обеспечивая управление потоком воды, защиту трубопроводов от избыточного давления и предотвращение обратного тока жидкости. Правильный выбор клапанов гарантирует эффективность, безопасность и долговечность работы водопровода. В этой статье мы подробно рассмотрим основные типы водопроводных клапанов, их конструктивные особенности, преимущества и сферы применения.

Запорные клапаны

Запорные клапаны предназначены для полного перекрытия потока воды в трубопроводе. Они используются для отключения отдельных участков системы во время ремонта, замены оборудования или в аварийных ситуациях. Рассмотрим подробнее три основных типа запорных клапанов.

Шаровые краны - наиболее распространенный тип запорной арматуры в современных водопроводных системах. Их конструкция включает корпус с полым шаром внутри, который поворачивается вокруг своей оси на 90°, открывая или перекрывая проходное отверстие.

Преимущества шаровых кранов:

• Компактность и простота конструкции
• Быстрое и плавное открытие/закрытие потока
• Минимальное гидравлическое сопротивление (потери напора не более 0,05-0,1 бар)
• Возможность работы при высоких давлениях (до 40 бар) и температурах (до 150°C)
• Надежная герметичность в закрытом положении
• Длительный срок службы (до 50 000 циклов открытия/закрытия)

Недостатки:

• Невозможность регулировки потока (только полное открытие или закрытие)
• Относительно высокая цена по сравнению с вентилями

Шаровые краны широко применяются в системах холодного и горячего водоснабжения, отопления, а также в промышленности для транспортировки жидкостей и газов. Они выпускаются с различными типами присоединения (резьбовое, муфтовое, фланцевое) и диаметрами условного прохода (DN) от 10 до 300 мм.

Вентили - традиционный тип запорной арматуры, устройство которого основано на поступательном движении затвора (золотника) перпендикулярно потоку рабочей среды. При закручивании маховика или рукоятки золотник опускается на седло и перекрывает проходное сечение.

Типы вентилей по способу присоединения к трубопроводу:

• Муфтовые (резьбовые) - для труб малого диаметра (до DN 50)
• Фланцевые - для труб среднего и большого диаметра (DN 50-300)
• Приварные - для стальных трубопроводов (присоединение корпуса к трубе сваркой)

Вентили обеспечивают надежное и герметичное перекрытие потока, но имеют более высокое гидросопротивление (0,2-0,5 бар) по сравнению с шаровыми кранами. Их применение оправдано на участках водопровода, где не требуется частое открытие/закрытие и есть ограничения по габаритам арматуры.

Задвижки - разновидность запорных клапанов, в которых проходное отверстие перекрывается затвором в форме диска или клина, движущимся вдоль уплотнительных поверхностей седла корпуса. Открытие и закрытие задвижки осуществляется вращением маховика или штурвала, который через резьбовой шпиндель поднимает или опускает затвор.

Виды задвижек по конструкции затвора:

• Клиновые - с цельным клинообразным запирающим элементом
• Параллельные - с двухдисковым затвором, плоскости которого параллельны уплотнительным поверхностям
• Шиберные - с плоским затвором-гильотиной, движущимся в пазах корпуса

Благодаря своей конструкции задвижки обеспечивают минимальное гидравлическое сопротивление в открытом положении (0,15-0,3 бар), сравнимое с шаровыми кранами. Но процесс открытия/закрытия задвижки происходит медленнее и требует большего количества оборотов маховика (2,5-4 оборота на 1 см хода затвора).

Задвижки наиболее часто используются на магистральных водопроводах большого диаметра (от DN 300 и выше), для зонирования и секционирования сети, а также в качестве запорно-регулирующей арматуры на насосных станциях и в системах пожаротушения. Диапазон рабочих давлений - до 25 бар, температур - до 120°C.

Обратные клапаны

Обратные клапаны - это устройства, предотвращающие изменение направления потока воды в трубопроводе в противоположную сторону. Они защищают систему водоснабжения от обратного тока, который может быть вызван падением давления в магистрали или работой насосного оборудования. Установка обратных клапанов особенно важна в системах с несколькими источниками воды (городской водопровод, скважина, резервуар) для исключения их взаимного влияния.

Основные типы обратных клапанов:

1. Подъемные - с запорным элементом в виде шара или диска, который поднимается под действием потока воды и опускается на седло под собственным весом, перекрывая обратный ток. Пропускная способность - до 90 м³/ч, давление - до 16 бар.
2. Поворотные - с запорным элементом в виде захлопки, которая открывается потоком воды и закрывается пружиной или противовесом при изменении направления течения. Обеспечивают меньшее гидросопротивление (0,1-0,3 бар) и большую пропускную способность (до 200 м³/ч) по сравнению с подъемными клапанами.
3. Мембранные - с эластичной мембраной в качестве запорного элемента, которая прогибается под действием прямого потока и перекрывает проход при обратном давлении. Компактны, имеют малое гидросопротивление (0,05-0,2 бар), но ограничены по максимальному давлению (до 10 бар) и температуре (до 90°C).

При выборе обратного клапана необходимо учитывать:

• Диаметр условного прохода (DN), соответствующий трубопроводу
• Максимальное рабочее давление и температуру воды
• Требуемую пропускную способность (расход)
• Допустимое гидравлическое сопротивление
• Материал корпуса и уплотнений (латунь, нержавеющая сталь, пластик)
• Монтажное положение (горизонтальное, вертикальное)

Правильно подобранный и установленный обратный клапан надежно защитит водопроводную систему от обратного тока и возможных повреждений оборудования.

Предохранительные клапаны

Предохранительные клапаны - это устройства, защищающие водопроводную систему от превышения допустимого давления путем сброса излишков воды в атмосферу или дренаж. Они являются обязательным элементом безопасности в системах водоснабжения, особенно при наличии нагревательного оборудования (бойлеры, котлы), насосов и мембранных баков.

Виды предохранительных клапанов:

1. Пружинные - с запорным элементом в виде золотника или диска, прижимаемого к седлу пружиной с заданным усилием. При превышении настроечного давления (обычно на 10-20% выше рабочего) клапан открывается и сбрасывает избыток воды. Диапазон регулировки - от 1 до 16 бар.
2. Рычажно-грузовые - похожи на пружинные клапаны, но с грузом на рычаге вместо пружины. Давление открытия регулируется изменением положения груза на рычаге. Используется для труб большого диаметра (DN 50 и выше) и высоких давлений (до 40 бар).
3. Мембранные - с эластичной мембраной, которая под действием избыточного давления прогибается и открывает сливное отверстие. Компактны, просты в настройке, но имеют ограничения по температуре (до 90°C) и пропускной способности (до 3 м³/ч).

Для правильной защиты системы предохранительный клапан должен быть:

• Подобран по диаметру условного прохода (DN), соответствующему трубопроводу
• Отрегулирован на давление срабатывания, не превышающее допустимое для защищаемого оборудования
• Установлен как можно ближе к источнику возможного повышения давления (котел, насос, бак)
• Смонтирован на отдельном патрубке без запорной арматуры между клапаном и защищаемым объектом
• Обеспечен свободным сливом воды через сбросную линию достаточного диаметра (не менее DN предохранительного клапана)

Своевременная поверка и замена предохранительных клапанов гарантирует надежную защиту водопроводной системы от аварийного превышения давления и связанных с этим повреждений.

Регулирующие клапаны

Регулирующие клапаны предназначены для плавного изменения расхода воды в трубопроводе путем изменения проходного сечения. Они позволяют настраивать и поддерживать требуемые параметры системы (давление, температуру, расход), обеспечивая ее эффективную и экономичную работу. Регулирующие клапаны широко применяются в системах отопления, горячего водоснабжения, теплоснабжения и промышленных установках.

Типы регулирующих клапанов:

1. Двухходовые - с одним входным и одним выходным патрубком. Используются для регулирования расхода воды в отдельных ветвях системы или через теплообменное оборудование (радиаторы, конвекторы, калориферы). Пропускная способность - от 0,5 до 50 м³/ч, условный проход - от DN 15 до DN 100.
2. Трехходовые - с одним входным и двумя выходными патрубками (или наоборот). Служат для смешения или разделения потоков воды с разной температурой, например, в системах с погодозависимым регулированием. Выпускаются в размерах от DN 15 до DN 150, с пропускной способностью до 150 м³/ч.
3. Балансировочные - специальные клапаны для гидравлической балансировки систем отопления и охлаждения. Они позволяют настроить расчетный расход теплоносителя через каждый потребитель (радиатор, фэнкойл) и обеспечить равномерное распределение тепла по всему зданию. Имеют шкалу настройки и возможность измерения расхода. Типовые диаметры - от DN 15 до DN 50.

Принцип регулирования потока в клапанах основан на изменении положения регулирующего элемента (плунжера, конуса, диска) относительно седла корпуса. Это достигается с помощью различных типов приводов:

• Ручных (маховик, рукоятка)
• Электрических (электропривод, сервопривод)
• Термостатических (термостатическая головка)

Для обеспечения точного и стабильного регулирования клапаны могут оснащаться дополнительными устройствами:

• Позиционерами (для электроприводов)
• Регуляторами перепада давления (для автоматического поддержания постоянного расхода)
• Расходомерами (для балансировочных клапанов)

Применение регулирующих клапанов позволяет оптимизировать работу водопроводных систем, снизить энергопотребление и повысить комфорт в обслуживаемых помещениях. Правильный подбор и настройка клапанов требует специальных знаний и выполнения гидравлических расчетов.