Главная > Статьи > Промышленные запорные вентили HERL. Зачем платить дороже? 

Промышленные запорные вентили HERL. Зачем платить дороже?

При разработке систем холодоснабжения насосно-циркуляционные схемы применяются, когда холодопроизводительность установки превышает 150-200 кВт. В плиточных скороморозильных аппаратах, конструкция которых изначально предусматривает использование насоса для подачи хладагента в плиты, насосная система применяется также при небольших мощностях — от 40 — 50 кВт.

Изменение способа запитывания испарителя хладагентом и увеличение холодопроизводительности системы подразумевает использование запорных вентилей и регуляторов давления промышленных серий по нескольким причинам:

— С увеличением холодопроизводительности систем при прокладке трубопроводов используются стальные трубы с диаметром более 100 мм. Шаровые запорные вентили и соленоидные клапаны коммерческих серий ограничены диаметром 70-80 мм. При больших размерах используются запорные, регулирующие и соленоидные вентили промышленных серий, имеющие иную внутреннюю конструкцию. Усложнение гидравлической схемы установки требует использования регуляторов давления с функциями поддержания заданного давления до- после- себя и перепада давления в широком диапазоне производительности вне зависимости от изменения нагрузки. Коммерческие регуляторы прямого действия не справляются с этой задачей.

— Большая часть холодильных систем с насосом — низкотемпературные с температурой кипения —35...-40 °С. Для вентилей коммерческой серии этот температурный уровень является нижней границей диапазона использования. Наша практика подтверждает, что шаровые, соленоидные, обратные клапаны коммерческих серий не выполняют своих функций при температуре хладагента —40 °С.

ООО «ПХС» осуществляет поставку промышленной холодильной автоматики американской корпорации «Parker Hannifin Corp», в состав которой за последние десятилетия вошли крупнейшие предприятия по выпуску промышленной автоматики, поставлявшие продукцию под торговыми марками «Refrigeration Specialties (R/S)» (США), «HERL» (Германия), «Sporlan» (США).

1) Запорные вентили

Наибольшее количество вентилей в холодильной установке — запорные. От качества запорных вентилей в крупных системах зависит многое, т. к. масса заправляемого хладагента измеряется сотнями килограммов, и в случае утечки ущерб достигает тысяч долларов.

Если через несколько лет эксплуатации установленный вентиль перестает выполнять запорную функцию, то стоимость работ по его ремонту или замене для трубопроводов больших диаметров в несколько раз превышает цену нового вентиля.
Запорные вентили и вентили, регулирующие поток выпускаются двух типов: прямоточные и угловые. Угловой вентиль имеет меньшее сопротивление потоку, чем прямоточный, т. к. поток жидкости или паров, проходя через этот вентиль, меньшее количество раз меняет направление движения, чем в вентиле угловом.

Внутреннее устройство запорного вентиля показано на рисунке 1

Рис. 1

По сравнению с вентилями других производителей запорные вентили HERL имеют ряд конструктивных особенностей, о которых речь пойдет ниже.

Непосредственно на «запорные» свойства вентиля влияет прежде всего конструкция его седла (рисунок 2).
Для более плотного контакта и надежного запирания форма седла вентиля «HERL» имеет кольцевой выступ, верхняя поверхность которого соприкасается с диском при запирании вентиля. Такая форма седла обеспечивает наиболее плотный контакт запорных поверхностей и препятствует «срыванию» (повреждению) мягкой поверхности диска в случае «перетягивания» (чрезмерного усилия на штоке) вентиля.

Непосредственное влияние на плотность запирания вентиля оказывает тип материала покрытия запорного диска. У вентилей «HERL» в качестве такого посадочного материала седла используется свинец или специальный сплав тефлона. Вентиль любого диаметра может поставляться как с тефлоновым, так и со свинцовым покрытием. Для трубопроводов с хладагентами, т. е. там где нет ограничений относительно контактирования свинца со средой внутри трубы, предпочтительны вентили со свинцовым покрытием диска, т. к. они обладают лучшими запорными свойствами в загрязненных системах, когда на поверхность между запорным диском и седлом попадают твердые частицы окалины и т. п. Тефлоновая же поверхность в этом случае с большей вероятностью может быть повреждена. Нередко происходит ситуация, когда из-за грязи, попавшей в вентиль, холодильщик, закрыв вентиль полностью, обнаруживает, что вентиль все-таки течет. Тогда он пытается сильнее его затянуть. Если это вентиль большого диаметра, то развиваемое усилие на штоке достаточно для того, чтобы сорвать (повредить) тефлоновую поверхность запорного диска. Поэтому для трубопроводов больших диаметров рекомендуется применять свинцовое покрытие диска вентиля. Кроме того, большинство запорных вентилей после установки в систему в течение многих лет находятся в полностью открытом положении, и лишь один раз за 5-10 лет требуется перекрыть проход, например, всасывающий трубопровод большого диаметра. Поэтому материал покрытия диска должен полностью сохранять свойства в течение десятилетий, обладать достаточной прочностью и пластичностью, чтобы при наличии окалины и мелких частиц внутри трубы плотно запереть проход и при этом не быть поврежденным в случае чрезмерного усилия на рукоятке закрытия вентиля. Преимуществом и в этом случае обладает вентиль со свинцовым покрытием диска.

Стандартом для производителей промышленных холодильных запорных вентилей является возможность замены уплотнения штока вентиля без утечки хладагента и вскрытия системы. При полном открытии вентиля обратная поверхность диска соприкасается с корпусом и предотвращает утечку хладагента в атмосферу, что позволяет произвести работы по замене уплотнения штока.

При вращении штока вентиля запорный диск остается неподвижным относительно седла благодаря встроенному подшипнику.
Отличительной особенностью запорных вентилей «HERL» является расположение штока вентиля относительно потока хладагента — у прямоточных шток расположен перпендикулярно, а у угловых параллельно входящему в вентиль потоку хладагента. Выбор такой конструкции не случаен. Трудозатраты на теплоизоляцию вентиля подобной конструкции значительно ниже, чем на изоляцию вентиля, шток которого расположен наклонно под углом 45 градусов относительно потока хладагента. Опыт показывает, что стоимость работ по теплоизоляции и стоимость самой изоляции трубопроводов в насосно-циркуляционной системе в несколько раз превышает суммарную стоимость всех вентилей системы.

Плотность прилегания запорного диска вентиля к седлу зависит от конструкции обоих этих элементов. Современные производители холодильной арматуры используют в основном два типа конструкции для седел обратных клапанов и запорных вентилей.

На рисунке 3 показан наиболее распространенный вариант конструкции, когда седло имеет форму конуса, а тефлоновая вставка запорного диска осуществляет запирание прохода. Основное преимущество данной конструкции заключается в том, что диаметр запорного диска лишь немного больше диаметра проходного сечения седла, поэтому сопротивление потоку незначительно и вентили такой конструкции имеют больший коэффициент Кv. Однако площадь пятна контакта диска и седла незначительна, что приводит во-первых к недостаточной плотности запирания вентиля, а во-вторых мягкая тефлоновая поверхность повреждается, если усилие при закрывании вентиля будет приложено больше, чем требуется. Этот случай уже был рассмотрен выше.

В вентилях «HERL» применена конструкция, показанная на рисунке 4. Форма седла здесь имеет совершенно иную конструкцию. Пятно контакта седла и диска больше и вентиль запирается плотнее, а вероятность повреждения материала покрытия диска даже в случае тефлонового покрытия значительно ниже. Однако запорный диск имеет большую площадь, что немного понижает коэффициент Кv.

С ростом диаметра запорного вентиля растет усилие, необходимое для его полного закрытия, т. к. в стандартном исполнении вентилей DN10-DN200 направление движения среды внутри трубопровода противоположно ходу штока при закрытии вентиля. При увеличении диаметра вентиля растет усилие, которое необходимо приложить для полного закрытия вентиля. В случае перепада давления в 25 бар на вентиле диаметром DN250 мускульной силы человека не достаточно для того, чтобы закрыть вентиль. Принимая во внимание эту проблему, запорные вентили «HERL» диаметром более DN250 (включительно) имеют специальную внутреннюю конструкцию, особенности которой позволяют вручную открывать и закрывать вентиль.

Направление движения среды во входном патрубке вентилей (DN250-DN400)
— перпендикулярно штоку (с тыльной стороны запорного диска). Таким образом, сила, возникающая из-за перепада давления на вентиле, стремится прижать диск к седлу, т. е. помогает плотно закрыть вентиль и на рукоятке штока необходимо лишь небольшое усилие. Для того чтобы открыть вентиль, когда разница давлений сверху и снизу диска существенна, предусмотрен специальный «спускной» клапан. Особенность конструкции состоит в том, что шток, начиная движение вверх, открывает клапан небольшого сечения, что приводит к уравниванию давления до и после вентиля, после чего оторвать запорный диск от седла не составляет труда. Усилие, необходимое для открытия «спускного» клапана, составляет лишь 10% от усилия, необходимого для открытия обычного вентиля, где спускной клапан не предусмотрен.

2) Вентили регулирующие поток и расширительные вентили

Практика проектирования трубопроводов подачи хладагента к приборам охлаждения предусматривает установку вентиля, регулирующего поток на входе в каждый из испарителей насосно-циркуляционной системы. Тем самым можно с достаточной точностью регулировать количество жидкого хладагента, подаваемого насосом в испаритель, поддерживая необходимую кратность циркуляции.

Например, при размещении испарителей на разных этажах здания, количество жидкости, поступающей в испаритель верхнего этажа, будет значительно ниже чем у размещенных на нижнем этаже теплообменников. Поэтому возникает необходимость в создании дополнительного сопротивления на входе в нижние теплообменники. Это регулирование осуществляется вентилями серии T5F-R (рисунок 6).

Вентили, регулирующие поток (T5F-R и T6F-R) имеют ряд конструктивных отличий от запорных вентилей (T5F и T6F).
Запорный диск регулирующего вентиля имеет округлую форму для создания наименьшего сопротивления потоку.

Материал поверхности запорного диска, непосредственно прилегающий к седлу, определяет деление регулирующих вентилей на 2 подгруппы: регулирующие T5F-R(T6F-R) и запорно-регулирующие T5F-R(T6F-R) /AV.

Поверхность запорного диска запорно-регулирующих вентилей имеет специальное покрытие из сплава тефлона и графита или свинца, как и у запорных вентилей (у вентилей регулирующих подобного покрытия нет.). Состав такого покрытия позволяет полностью перекрывать проход, однако следует помнить, что вентили, как запорно-регулирующие, так и запорные нельзя использовать в жидкостных трубопроводах, где перепад давления на вентиле превышает 2 бара, т. к. при большем падении давления происходит вскипание хладагента, приводящее к явлению кавитации внутри вентиля, что неизбежно через некоторое время приведет к повреждению мягкого слоя покрытия запорного диска. Для данной области необходимо использовать регулирующие вентили T5F-R (T6F-R), у которых запорный диск и седло не имеют специального покрытия. Подбор диаметра регулирующего вентиля осуществляется с помощью селективной программы. В общем случае рекомендуется подбирать вентиль такого размера, чтобы перепад давления между его входом и выходом составляет около 0,5 Бар. Это позволит не создавать большого сопротивления на вентиле и осуществлять точную регулировку потока. Если рассчитать вентиль на малый перепад давления, например 0,1 — 0,2 Бар, то в этом случае точно отрегулировать поток будет практически невозможно. Вентиль в этих условиях будет приоткрываться лишь на половину — один оборот. Отдельную подгруппу составляют расширительные вентили (T5-R, T6-R) (рисунок 7).

Рис. 7

Область их использования в основном ограничивается расширением жидкого хладагента от давления конденсации до давления испарения (аналогично широко распространенному ТРВ) или использованием в линии управления пилотного клапана, управляемого парами высокого давления для смягчения удара, возникающего при подаче паров высокого давления в линию управления пилотным клапаном.

3) Обратные клапаны

В настоящее время существует достаточно широкий выбор клапанов различных производителей, отличающихся как по конструкции, так и по стоимости (часто в разы для одинакового диаметра!!!), однако в целом их можно разделить на 2 основные группы: газовые для установки в трубопроводах высокого давления и жидкостные для установки на жидкостных трубопроводах высокого и низкого давления.

Обратный клапан для газовых линий должен обладать следующими качествами:

— наименьшим сопротивлением потоку парообразного хладагента;
— надежно перекрывать трубопровод даже при малой разнице давлений между выходом и входом клапана, а также при наличии загрязнения масла и хладагента в системе;
— обратный клапан должен находиться в частично открытом положении даже при снижении нагрузки в несколько раз (уменьшения потока хладагента через седло клапана) — запорный диск клапана не должен стучать по седлу. В противном случае срок службы клапана будет невелик;
— в случае, если обратный клапан устанавливается на нагнетательной линии спирального или винтового компрессора для предотвращения обратного вращения спиралей или винтов при остановке, то клапан должен закрываться максимально быстро.

Одним из немногих обратных клапанов, удовлетворяющих всем указанным требованиям, являются клапаны «HERL» для газовых магистралей серии T5F-RUV/TG (T6F-RUV/TG).

Внутреннее устройство запорного вентиля показано на рисунке 1

Рис. 9

Главными конструктивными особенностями, определяющими надежную работу клапана, являются конструкция седла и запорного диска, который имеет мягкое покрытие из тефлона. В целом запорный диск и седло имеют сходную с запорными вентилями «HERL» конструкцию. Это позволяет надежно перекрывать проход. Диск опускается на седло под действием силы тяжести и разности давлений на клапане.

Для предотвращения стуков (ударов запорного диска по седлу) при частичной нагрузке предусмотрено следующее. Обработка поверхностей запорного диска и внутренней поверхности направляющей втулки, в которой шток перемещается, выполнена с высокой точностью, поэтому при движении запорного диска и его штока вниз при закрытии клапана в пространстве над штоком создается разряжение и диск движется вниз медленно. Чем ниже опускается шток, тем больше разрежение и тем меньше скорость его движения. Таким образом, запорный диск опускается на седло очень медленно и при частичной нагрузке пульсаций и стука, характерных для клапанов с пружиной, не происходит. Режим частичной нагрузки характерен для холодильных централей, когда работает лишь один-два из пяти-шести компрессоров и обратный клапан установлен на общей нагнетательной линии после маслоотделителя.

При резком возрастании нагрузки и движении штока с диском вверх пары из пространства над штоком устремляются в отверстие специального шарикового обратного клапана.

Производители винтовых компрессоров во многих случаях рекомендуют устанавливать обратный клапан сразу после нагнетательного вентиля компрессора с целью предотвратить обратное вращение роторов после остановки. В этом случае следует снять крышку обратного клапана и, открутив болт, вынуть запорный шарик. Тогда клапан будет закрыт сразу после остановки компрессора.

Требования к обратным клапанам, устанавливаемым на жидкостных магистралях, несколько иные:

— плотное запирание клапана при отсутствии перепада давления на нем;
— надежная работа клапана при температурах ниже −40°С (т. к. значительная часть насосно-циркуляционных систем работают с температурой кипения около или ниже −40°С).

Вот некоторые примеры. При стоянке холодильной установки с конденсатором воздушного охлаждения, размещенным на улице при температуре окружающей среды −20...-30°С жидкий хладагент из жидкостного ресивера стремится перетечь в самую холодную точку — воздушный конденсатор. У подавляющего большинства обратных клапанов производители применяют слабую пружину, едва прижимающую запорный диск к седлу, поэтому когда разницы давлений до и после клапана нет, то жидкость постепенно перетекает в конденсатор.

Для решения этой проблемы можно установить обратный клапан для жидкостных трубопроводов серии T5F-RUV(T6F-RUV/TF).

Рис. 10

Запорный диск этих клапанов плотно прижимается к седлу относительно мощной пружиной, которая удерживает клапан в закрытом положении до тех пор, пока разница давлений между входом и выходом клапана не превысит 0,25 бар. Однако в этом случае следует размещать конденсатор по меньшей мере на 2-3 м (в зависимости от плотности хладагента) выше жидкостного ресивера с тем, чтобы открытие пружины (0,25 бар) производилось давлением столба жидкости в трубе от конденсатора к ресиверу. В противном случае произойдет подтопление конденсатора жидкостью, что снизит эффективную теплообменную поверхность для конденсации паров, т. е. произойдет снижение производительности конденсатора и повышение давления конденсации без видимых, казалось бы, причин. Помимо усилия пружины поверхность запорного диска обратных клапанов T6F-RUV/TF имеет мягкое тефлоновое покрытие, что в сочетании с усилием пружины обеспечивает плотность закрытия в случае наличия загрязнений внутри труб.

Наличие мощной пружины, конструкция седла клапана, тефлоновое покрытие запорного диска и широкий температурный диапазон применения (до — 60 С) позволяет обратным клапанам T6F-RUV/TF иметь преимущество по сравнению с изделиями других производителей.

В насосно-циркуляционных системах часто необходимо, чтобы при отсутствии потока жидкости через обратный клапан, область до- и после- клапана были надежно разделены при равенстве давления до- и после- клапана — решение такой задачи обеспечивают клапаны T6F-RUV(T5F-RUV/TF).