Трехходовой клапан – принцип работы

Для управления потоками, которые транспортируются по технологическим трубопроводам, применяются трехходовые клапаны. Они относятся к регулирующей трубопроводной арматуре и служат для изменения параметров среды.

Область использования

Промышленные трехходовые клапаны устанавливаются в системах автоматического типа и востребованы:

• в трубопроводах предприятий химической, пищевой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслей;
• в сетях приточной вентиляции и при сооружении магистралей горячего водоснабжения и отопления;
• в газовых хозяйствах.

Перечень сред, для управления которыми применяется клапан, включает продукты из нефти и углеводороды в жидком виде, пар и воду, аммиак и воздух, нефть и масляные фракции. Условия эксплуатации определяет климатическое исполнение трехходового клапана, а сферу применения — нюансы конструкции и принцип действия.

Совет! Обратите внимание! Температура окружающей среды, при которой устройства выполняют свои функции, может варьироваться от -25 (35) °C до +50 °C. Нижний предел зависит от вида исполнительного механизма.

Особенности конструкции

В отличие от двухходовых устройств конструкция трехходового клапана отличается наличием трех патрубков. Перечень основных деталей клапана включает:

• прочный и надежный корпус;
• крышку, которая фиксируется с помощью фланцев и крепежа;
• узел, предназначенный для регулирования, и состоящий из плунжера и двух седел;
• мембранный/электрический исполнительный механизм;
• шток, обеспечивающий соединение исполнительного механизма и узла для регулировки потоков.

Рабочий узел изготавливают из стали разных марок, а крышку и корпус — из углеродистой, легированной и нержавеющей стали. Герметичность соединений по отношению к окружающей среде достигается благодаря прокладкам и сальниковому уплотнению.

Трехходовые клапаны с фланцевым соединением отличаются следующими преимуществами:

• Высокими показателями герметичности. Чтобы исключить протечки в местах крепления с трубопроводом, используют прокладки из синтетической резины, фторопласта и других материалов.
• Простотой установки. Благодаря конструкции крепежных элементов при монтаже клапанов для регулировки перемещаемой среды не требуется сложного технологического оборудования.

Повышенный расход металла, который наблюдается при изготовлении фланцевых клапанов и способствует увеличению стоимости, компенсируется за счет продолжительного срока службы и ремонтопригодности. Наличие фланцев предусматривает многократный демонтаж и установку при проведении ремонтных и профилактических работ. Для поддержания герметичности соединений следует обеспечить своевременное подтягивание стыков устройств, используемых для регулировки потоков.

Виды и принцип действия

Нюансы функционирования трехходовых клапанов зависят от их назначения. Они устанавливаются в технологических трубопроводах и служат в качестве разделителя или смесителя (перепутали местами) потоков транспортируемой среды.

В первом случае устройства для регулировки имеют один входной и два выходных патрубка. Управление трехходовым разделительным клапаном осуществляется с помощью исполнительного механизма, который развивает определенное усилие и передает его на плунжер. Тот приходит в движение и перемещается вверх и вниз, обеспечивая открытие или закрытие проходных отверстий седел и осуществляя регулировку расхода транспортируемой среды.

Смесительный трехходовой клапан также управляется с применением исполнительного механизма, но имеет два входных патрубка и один выходной. При передаче усилия плунжер начинает двигаться вверх и вниз и способствует открытию или закрытию проходных отверстий седел, что позволяет регулировать расход перемещаемой по трубопроводам среды.

В этом заключается существенное различие трехходовых моделей от двухходовых клапанов. Они имеют два патрубка и обеспечивают регулировку потоков, изменяя расход перемещаемой среды через проходное сечение.

По своей конструкции смесительный и разделительный клапаны несколько схожи, так как состоят из корпуса, привода, рабочего узла, крепежных деталей и уплотнений. Основное различие заключается в строении элемента, предназначенного для регулировки потоков транспортируемых сред.

Обратите внимание! Трехходовой клапан нельзя применять в качестве запорной арматуры, поскольку он не обеспечивает полное перекрытие подачи транспортируемой среды. Закрытым может оставаться лишь один из патрубков, а два остальные всегда открыты.

Варианты исполнительных механизмов

Трехходовой клапан с МИМ

Трехходовой клапан с ЭИМ

Исполнительные механизмы представляют собой устройства, с помощью которых приводятся в движение рабочие органы разделительных и смесительных трехходовых клапанов. Обычно они состоят из элемента для регулировки, привода и прибора, который обеспечивает управление.

Различают следующие виды исполнительных механизмов:

• Электрический (ЭИМ).
• Мембранный (МИМ). Он относится к пневматическим устройствам, которые обеспечивают преобразование сигнала в механическое движение за счет давления сжатого воздуха.

Смесительный трехходовой клапан с электроприводом, как и разделительный клапан, отличается простотой монтажа и может взаимодействовать с различными измерительными приборами. Они обеспечивают оперативную передачу сигнала от управляющего устройства, в том числе и на удаленном расстоянии. Модели с электроприводом почти бесшумны во время работы, экологически безопасны, могут управляться дистанционно и имеют высокую точность настроек.

Среди недостатков такого оборудования можно выделить возможность отключение двигателя в случае повреждения электрической сети и повышенную чувствительность к влажности окружающего воздуха. Кроме того, тип электрического привода должен соответствовать условиям эксплуатации. К примеру, для устройств, с помощью которых можно разделить или смешать потоки транспортируемых взрывопожароопасных сред, понадобится взрывозащищенный электрический исполнительный механизм.

Для пневматического привода характерны следующие преимущества:

• простота функционирования;
• возможность использования в районах с экстремальной температурой;
• применение в трубопроводах, по которым перемещаются взрывопожароопасные среды;
• малый вес.

К недостаткам МИМ, которые используются для функционирования трехходовых клапанов, относятся вероятность появления конденсата и сравнительно низкий КПД. Они обеспечивают недостаточную точность и плавность хода без применения специальных дополнительных устройств.

Обратите внимание! На случай аварийной ситуации конструкция устройств, укомплектованных МИМ или ЭИМ, предусматривает ручное управление.

Нюансы монтажа и обслуживания

Перед установкой клапанов в технологическом трубопроводе необходимо визуально осмотреть все детали и исключить наличие внешних механических повреждений. Кроме того, нужно проверить состояние соединения устройства с ЭИМ или МИМ, а также плавность и легкость хода штока. Оборудование, с помощью которого можно разделить или смешать потоки транспортируемой среды, следует очистить от консервационной смазки и промыть растворителем.

Монтаж клапана осуществляется горизонтально, располагая его исполнительным механизмом вверх. Если устройство размещается под наклоном, то под ЭИМ или МИМ понадобится установить опоры. Монтаж ниже линии горизонта запрещается.

При установке клапанов в технологических трубопроводах нужно также выполнять следующие правила:

• Располагать устройство таким образом, чтобы стрелка на корпусе совпадала по направлению с движением транспортируемой среды.
• Обеспечить защиту изделий с ЭИМ от атмосферных осадков, если установка предполагается на открытом воздухе.
• Использовать фильтр при наличии в перемещаемой среде примесей, размер которых более 70 мкм.
• Устанавливать запорную арматуру, чтобы обеспечить возможность демонтажа разделяющих или смешивающих клапанов.
• Избегать воздействия вибрации и других нагрузок от трубопровода, для чего предусматривают опоры или компенсаторы.

Место установки оборудования должно быть доступным, чтобы создать необходимые условия для профилактического осмотра и проведения ремонтных работ.

Помимо соблюдения технологии монтажа для продолжительного функционирования клапанов важно своевременное и технически грамотное обслуживание. Его проведение осуществляется при отсутствии давления в трубопроводе и предусматривает каждые 6 месяцев проверку:

• общего состояния;
• герметичность сальникового уплотнения;
• крепежных соединений.

При этом запрещается использование уплотнений меньшего или большего сечения при замене расходных материалов. Также не допускается разборка клапана при наличии в нем остатков среды, подтяжка фланцевых соединений и применение устройства в качестве опоры для трубопровода. Органы управления оборудования должны быть защищены от самопроизвольного включения и иметь конечные выключатели для сигнализации.

Обратите внимание! Монтажные работы должны проводиться с соблюдением требований безопасности, а при использовании ЭИМ нужно обеспечить возможность подключения заземления.

Особенности выбора

При выборе трехходового клапана для установки в технологическом трубопроводе, необходимо сначала определиться с его назначением. Это обусловлено тем, что устройства для смешивания или разделения потоков среды отличаются принципом действия и особенностями конструкции. Кроме того, нужно обращать внимание на следующие параметры:

• условный проход;
• пропускную способность;
• вид и характеристики исполнительного механизма;
• рабочие и максимально допустимые показатели температуры и давления.

Основные характеристики клапанов указываются в сопроводительной документации и на корпусе изделий. Маркировка осуществляется согласно требованиям ГОСТ 4666-2015 и предусматривает следующие виды:

• Литым способом на лицевой стороне корпуса с указанием материала, условного диаметра и давления. На обратной стороне должен находиться товарный знак изготовителя.
• На прикрепленной к поверхности корпуса табличке указывают схему, по которой происходит подача транспортируемой среды.
• В табличке, зафиксированной на крышке, должна быть отражена следующая информация — наименование производителя, маркировка согласно таблице фигур и заводской номер. Кроме того, указывают условное давление и диаметр, дату изготовления и знак обращения на рынке стран, входящих в Таможенный союз.

Наружные поверхности клапанов окрашивают в цвет, который выбирают в соответствии с ГОСТ или с учетом пожеланий оптовых покупателей. Каждому виду материала обычно соответствует свой цвет.

Обратите внимание! Разъемные соединения новых устройств должны иметь гарантийные пломбы. Места их размещения указываются в сборочных чертежах и отмечаются пятнами эмали красного цвета.