Пилотные клапаны в гидравлических схемах.

НАЗНАЧЕНИЕ КЛАПАНОВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ

Клапаны предназначены для использования в составе промышленного оборудования в качестве запорных и отсечных устройств с дистанционным электрическим управлением на трубопроводах жидких и газообразных сред. Главная отличительная особенность данного типа клапанов заключается в использовании ими для своего функционирования давления рабочей среды, что позволяет использовать их в большем диапазоне условных проходов по сравнению с клапанами прямого действия. Также, в отличие от клапанов с принудительным подъемом поршня, клапаны пилотного типа используются в большем диапазоне давлений. Однако, для работы клапана пилотного типа необходимо наличие перепада давления между входной полостью и управляющей полостью (см. устройство клапана ниже).

Клапан (см. рис.) включает в себя корпус (1) с входной (14) и выходной (15) полостями, крышку (2) с седлом (7) и каналами (18), на которой с помощью накидной гайки (11) через кольцо уплотнительное (13) установлен привод электромагнитный (10), сердечник (12), а также поршень (3) с запрессованным уплотнителем (4) и каналами (17) и возвратную пружину (8). Крышка (2) соединена с корпусом (1) болтами (9) через прокладку (6), в этом стыке размещена также разделительная втулка (5). На корпусе клапана (1) имеются два резьбовых крепежных отверстия (19).

При включении электромагнитного привода (10) сердечник (12) втягивается и открывает выход рабочей среды из полости управления (16) через каналы поршня (17), седло (7), каналы крышки (18) в выходную полость (15) клапана. Давление среды в управляющей полости (16) падает и под действием возникающего перепада давления между входной полостью (14) и управляющей полостью (16) поршень (3) перемещается вверх до упора, сжимая пружину (8) и открывая проходное сечение клапана, и удерживается в этом положении. Перетекание рабочей среды из входной полости (14) в полость управления (16) через зазор между неуплотненным поршнем (3) и крышкой (2) не приводит к повышению давления в последней, т.к. оно сбрасывается через каналы (17) и (18) в выходную полость (15) клапана. Закрытие клапана происходит после отключения электромагнитного привода (10), когда его сердечник (12) опускается на седло (7) под действием возвратной пружины электромагнитного привода (10) и разъединяет полость управления (16) и выходную полость (15). Благодаря перетеканию рабочей среды из входной полости (14) в полость управления (16) давление в ней начинает повышаться и поршень (3) под действием пружины (8) и собственного веса перемещается вниз, перекрывает проходное сечение клапана, после чего давление во входной полости (14) и полости управления (16) выравнивается, а поршень (3) прижимается к седлу корпуса (1) ,за счет перепада давления между входной (14) и выходной (15) полостями.

Давление рабочей среды – 1,0…8,0МПа (10…80кгс/см2)

Минимальный перепад давления рабочей среды - 0,02МПа (0,2кгс/см2)

Диаметр условного прохода – 15…100мм

Температура рабочей среды – -50…180⁰С

Рабочая среда:

- для клапанов исполнения «нж» - жидкий и газообразный аммиак, хладоны, вода, воздух,

жидкие хладоносители, прочие технические газообразные и жидкие продукты;

- для клапанов исполнения «с» - жидкий, газообразный аммиак, воздух, другие технические газообразные и жидкие продукты, не вызывающие коррозии материала корпусов и деталей клапанов

Материал уплотнения затвора – фторопласт Ф-4

Герметичность затвора – класс А, В по ГОСТ 9544-2005

Присоединение к трубопроводу – цапковое (штуцерно-торцовое), фланцевое

Штуцерно-торцовое присоединение по ГОСТ 5890-78. Клапаны со штуцерно-торцовым присоединением поставляются с комплектом ответных присоединительных деталей – ниппель, гайка накидная

Фланцевое присоединение исполнение 5 по ГОСТ 12815-80. Клапаны с фланцевым присоединением поставляются с ответными фланцами исполнение 4 по ГОСТ 12815-80

Время срабатывания клапана – до 1 сек

Степень защиты от внешних воздействий не ниже IР 65 по ГОСТ 14254-96.

Продолжительность включения – ПВ 100%.

Величина твёрдых частиц в рабочих средах - не более 63 мкм.

Рабочее положение клапана на трубопроводе - электромагнитным приводом вверх, отклонение от вертикали не более 15°

Электропитание клапанов:

- постоянный ток, 24±10% В

- переменный ток, 220±10% В

Ввод кабеля – герметичный сальниковый ввод, диаметр кабеля 6…8 мм, по заказу – разъём РМГ2.

Взрывозащита 1ЕхdIIВТ4 по ГОСТ 51330.0-99

Клапаны в зависимости от начального положения поршня изготавливаются в исполнении:

- нормально закрытые (НЗ)

- нормально открытые (НО)

Клапаны относятся к классу ремонтируемых, восстанавливаемых изделий.

Назначенный ресурс не менее 200 000 включений.

Назначенный срок службы не менее 10 лет.

Клапаны могут оснащаться сигнализатором положения поршня. Сигнализация по положению поршня «открыт – закрыт» осуществляется с помощью геркона с выводом сигнализации на внешнее устройство предприятия – заказчика.

Клапаны могут оснащаться ручным дублером, который предназначен для аварийного закрытия или открытия клапана в случае неисправности электромагнитного привода.

Преимущества клапанов пилотного типа

- большой диапазон диаметров условного прохода

- большой диапазон давлений

- малое время срабатывания клапана

Ниже в вопросе рассмотрен клапан КО завод г. Ливны ОАО «Промприбор».

Клапан предназначен для дистанционного и ступенчатого регулирования, частичного или полного открытия (закрытия) проходного сечения трубопровода с целью обеспечения безопасной технологии налива автомобильных или железнодорожных цистерн неагрессивными нефтепродуктами вязкостью от 0,55 до 300 мм²/с с рабочим давлением до 0,63 МПа.Клапан обеспечивает запрограммированный процесс налива, а также стабилизацию номинального расхода продукта при изменяющихся условиях (высоте взлива продукта в резервуаре и др.), что обеспечивает высокую точность работы измерителей, а также точность выдачи задаваемых доз. Клапан позволяет производить плавную регулировку расхода по заданным параметрам расхода (при наличии измерителя расхода). Клапан незаменим в дозирующих измерительных системах, где требуется плавное и точное регулирование и отсечение выдаваемой дозы. Диаграмма управления пилотными клапанами для поддержания требуемого значения расхода (Q₂) при выдаче заданной дозы продукта с помощью клапана КО. (рисунок В.1)

1-корпус; 2-гильза; 3-шайба; 4-якорь; 5-пружина; 6-соленоид; 7-поршень; 8-гайка; 9-кольцо уплотнительное; 10-штуцер; 11-крышка; 12-винт; 13-пружина; 14-жиклер; 15-прокладка; 16-жиклер.

Рисунок -Пилотные клапаны управления. Габаритные и присоединительные размеры

Устройство клапана КО 1040.00.00.00 показано на рисунке Б.1.

Особенностью клапана является то, что основной затвор приводится в действие с помощью давления вспомогательной жидкости. Поэтому работа клапана возможна при перепадах давления рабочей среды, начиная от нуля, а так же отсутствует самопроизвольное опускание затвора при пульсации давления рабочей среды.

Давление вспомогательной жидкости создается электронасосом 2. Вспомогательная жидкость с выхода электронасоса 2 через трубку 6 подается на вход пилота НЗ 7. Сброс вспомогательной жидкости обратно в бак 3 осуществляется через пилот НО 8 и трубку 9.

В процессе работы электронасоса 2 вспомогательная жидкость нагревается и для ее охлаждения в клапане 1 предусмотрена трубка 12. Вспомогательная жидкость из перепускного клапана 5 электронасоса 2 через трубку 10 поступает в трубку 12 клапана 1, где охлаждается рабочей жидкостью. Затем охлажденная вспомогательная жидкость через трубку 11 возвращается в бак 3.

Фильтр 16 необходим для очистки поступающего в бак 3из окружающей среды воздуха. После испытаний для того, чтобы исключить вытекание вспомогательной жидкости при транспортировке фильтр заглушают резиновой прокладкой.

В случае, когда дозирующая система не имеет измерителя расхода, на клапан устанавливается датчик положения. В такой комплектации клапан может работать

в режиме минимального и максимального расходов. Величина минимального расхода регулируется перемещением датчика 4 в пазе кронштейна 20.

Устройство клапана показано на рисунке Б.2.

Особенностью клапана является наличие разгруженного поршня 4, что позволяет осуществлять регулировку расхода без гидроудара.

Механизм ручной дублирующий (в дальнейшем - механизм РД) предназначен для открытия клапана вручную в случае отключения электропитания. Механизм РД может устанавливаться потребителем при необходимости.

Пилотный клапан управления имеет исполнения: нормально открытый (при отсутствии напряжения на соленоиде находится в открытом состоянии) и нормально закрытый (при отсутствии напряжения на соленоиде находится в закрытом состоянии).

Пилотный клапан управления нормально открытый (пилот НО) в соответствии с рисунком Г.1 представляет собой соленоидный клапан с общим корпусом 1. В корпусе 1 расположены каналы: входной «А» и выходной «Р». Гильза 2 крепится к корпусу 1 шайбой 3 и винтами 12 и уплотняется кольцом 9. На гильзе 2 установлен соленоид 6 взрывозащищенного исполнения с шайбами и закреплен гайкой 8. При подаче напряжения на соленоид 6, якорь 4 притягивается к упору гильзы и под действием пружины 13 поршень 7 перекрывает проходное сечение канала жиклера 14.

Обратный ход поршня 7 происходит за счет снятия напряжения с соленоида и разжатия пружины 5.

Пилотный клапан управления нормально закрытый (пилот НЗ) в соответствии с рисунком Г.1 представляет собой соленоидный клапан с общим корпусом 1. В корпусе 1 расположены каналы: входной «А» и выходной «Р». Прокладка 15, установленная в якоре 4, прижимается пружиной 5 и перекрывает канал «А». Гильза 2 крепится к корпусу 1 шайбой 3 и винтами 12 и уплотняется кольцом 9. На гильзе 2 установлен соленоид 6 взрывозащищенного исполнения с шайбами и закреплен гайкой 8. При подаче напряжения на соленоид 6, якорь 4 притягивается к упору гильзы, открывая проходное сечение канала жиклера 16.

Клапан работает в трех режимах:

- открытие проходного сечения;

- удержание необходимого расхода;

- закрытие проходного сечения.

Достижение режимов осуществляется пилотными клапанами, управление которыми выполняется программно импульсным способом. Длительность импульсов и частота их следования задается управляющей программой.

Открытие, режим удержания и закрытие клапана показаны на диаграмме (рисунок В.1).

Состояние клапанов пилотных при обеспечении режимов работы следующее:

1- открытие проходного сечения: пилот НО – закрыт, пилот НЗ – открыт;

2- удержание необходимого расхода: оба пилота закрыты;

3- закрытие проходного сечения: пилот НО – открыт, пилот НЗ - закрыт, что соответствует обесточенному состоянию соленоидов пилотов.

Величина минимального расхода (Q₁), длительность управляющих импульсов пилотов НО и НЗ, доза отпуска нефтепродукта на малом расходе устанавливается и задается с управляющего устройства (центральный блок управления (ЦБУ) + компьютер).

Рисунок Б.1 –Клапаны КО 1040.00.00.00. Основные узлы и детали.

1-клапан; 2-электронасос; 3-бак(со вспомогательной жидкостью); 4-датчик индуктивный положения(в зависимости от исполнения клапана); 5-клапан перепускной электронасоса; 6-трубка; 7-пилот НЗ; 8-пилот НО; 9-трубка; 10-трубка; 11-трубка; 12-трубка; 13-кольцо уплотнительное; 14-штуцер; 15-гайка; 16-фильтр; 17-кольцо, 18-штуцер; 19-гайка;

20-кронштейн

Рисунок Б.2 -Клапан. Основные узлы и детали.

1-корпус; 2-пилотный клапан управления нормально открытый (пилот НО); 3- пилотный клапан управления нормально закрытый (пилот НЗ); 4- поршень; 5- пружина: 6 - поршень; 7- манжета; 8- шток; 9- манжета; 10-манжета; 11-трубки; 12-манжета; 13-гайка; 14 - фланец; 15-кольцо уплотнительное; 16-кольцо уплотнительное; 17-кольцо уплотнительное; 18-заглушка; 19- болт; 20- крышка; 21-цилиндр, 22 - цилиндр, 23 - механизм ручной дублирующий, 24- ручка; 25-трубка; 26- кольцо уплотнительное; 27-штуцер; 28-гайка.