Предохранительный клапан: устройство, типы, принцип работы

Классификация предохранительных клапанов

По принципу действия

• клапаны прямого действия — обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;
• клапаны непрямого действия — клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства;

По характеру подъёма замыкающего органа

• клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах)
• клапаны двухпозиционного действия

По высоте подъёма замыкающего органа

• малоподъёмные
• среднеподъёмные
• полноподъёмные

По виду нагрузки на золотник

• грузовые или рычажно-грузовые
• пружинные
• рычажно-пружинные
• магнито-пружинные

Профессиональные рекомендации по установке

Даже такая простая процедура, как установка запорной арматуры, основана на выполнении некоторых правил. Например, дизайн помещения часто требует маскировки трубопровода и группы безопасности.

Спрятать устройства можно, но с соблюдением трех условий:

• длина гибкой подводки или трубы от предохранителя до бака не должна превышать 2 м, иначе возникнет излишнее добавочное давление на пружину клапана;
• идеальный монтаж предохранителя – напрямую к штуцеру бойлера, а если не получается, то установка тройника все равно исключена;
• для обслуживания арматуры следует оборудовать технический люк.

Многие беспокоятся, увидев капли воды на патрубке клапана. Это нормальное явление, сообщающее о работоспособности устройства.

Время от времени происходят небольшие скачки давления в магистрали, которые и провоцируют минимальный сброс жидкости. Тревожиться нужно, когда вода или совсем не появляется, или льется непрерывно.

Отрезок линии между водонагревателем и предохранителем должен быть минимальным. Это необходимо не из-за эстетических соображений, а чтобы не создавать дополнительного давления в трубах

Следует помнить, что самостоятельная модернизация предохранительных устройств категорически запрещена. Если нужен клапан на 0,8 МПа, то необходимо приобрести именно такое новое изделие, а не пытаться каким-то образом переделывать или регулировать устройство на 0,7 МПа.

Если возникли сомнения по поводу работоспособности предохранительного клапана, следует демонтировать его и проверить, не забились ли пружина или уплотнитель. Возникли проблемы с самим водонагревателем и вы не знаете что делать? Рекомендуем ознакомиться с частыми поломками бойлера и ремонтом. Не хватает навыков – пригласите специалиста из сервисного центра.

Преимущества и недостатки

Сбросной клапан обладает рядом следующих преимуществ:

• исключает гидроудары, скачки давления;
• не допускают появление воздушных пробок в системе транспортировки жидких сред;
• простая конструкция, которую легко обслуживать и ремонтировать;
• относительно невысокая стоимость;
• возможность автоматического контроля и сброса давления;
• простая технология установки;
• неприхотливость к условиям эксплуатации;
• не требуют частого обслуживания.

Недостатки:

• наличие погрешности срабатывания;
• повышенный износ ответственных деталей;
• ограниченный срок эксплуатации.

Простая конструкция клапана

Правильная установка предохраняющего устройства

1. Для начала отключаем бойлер от электросети и сливаем с него воду.

2. Устанавливаем устройство к подаче холодной воды, на входе в обогреватель. Обычным образом пакуем его и ко второй стороне подсоединяем холодную воду.

На корпусе клапана есть стрелка, которая указывает направление воды, при установке она должна указывать на бойлер.

3. Соединяем патрубок, который идет из подрывного клапана с канализацией. Иногда его покупают прозрачным, чтобы наблюдать за исправностью защитного клапана.

4. После подключения бойлера полностью, стоит проверить его. Для этого наполняем бак, преждевременно открыв кран для выхода воздуха.

5. Затем после набора воды, закрываем кран и включаем бойлер.

6. Наблюдаем за всеми стыками на предмет наличия воды и смотрим на работоспособность предохранительного клапана. Если обнаружилась течь – входящий и выходящий краны закрываются, и нужный участок заново пакуется.

Для чего в принципе необходимы предохранительные клапаны теплового сброса?

Казалось бы – такой клапан не особо-то и нужен. Ведь безопасность обеспечивают и другие устройства. В частности, предохранительный клапан, срабатывающий (срывающийся) при превышении давления. Его часто так и именуют – подрывным или срывным.

На большинстве отопительных систем можно заметить так называемые «группы безопасности». Они состоят из манометра, показывающего давление в контуре, автоматического воздухоотводчика и предохранительного срывного клапана (на иллюстрации – слева).

На этом устройстве сейчас фокусировать внимание не станем – такие клапаны уже были рассмотрены на нашем портале ранее. Ну так и чего «огород городить» — есть же ведь уже защита? Если что-то пойдет не так, например, повышение температуры в контуре вызовет рост избыточного давления, клапан сработает, и чрезвычайное происшествие будет предотвращено

Правда ведь?

Ну так и чего «огород городить» — есть же ведь уже защита? Если что-то пойдет не так, например, повышение температуры в контуре вызовет рост избыточного давления, клапан сработает, и чрезвычайное происшествие будет предотвращено. Правда ведь?

Увы, не всегда это так на все 100%. От избыточного давления, да, такая защита должна помочь. А вот с температурой – вопрос более сложный.

Допускать доведение теплоносителя до точки кипения (условно 100 ℃) в бытовой котельной технике – недопустимо! Поэтому граница в 95, максимум 100 ℃ должна стать «непроходимой». Слишком высокая температура может привести к деформации теплообменника котла, к разрыву труб проложенного контура или соединений между ними. к массовому парообразованию и появлению газовых пробок, к другим не только неприятным, но и чрезвычайно опасным последствиям.

Не забываем, что в замкнутых объёмах, при повышенном давлении в системе, точка кипения смещается значительно выше. То есть при неконтролируемой температуре может возникнуть чрезвычайно опасная ситуация. Вода уже перегрета выше границы в 100 ℃, но кипения все еще нет. Однако, стоит давлению упасть (появилась протечка или где-то открылся сбросовый кран или клапан), как вся перегретая масса воды вскипает разом. Взрывы случаются такие, что попросту сносит стены.

Вот такими могут быть последствия взрыва котла!

«Повышенную взрываемость» народная молва отчего-то приписывает газовым котлам. По всей видимости, из-за время от времени появляющихся сообщений о взрывах при утечках газа. А между тем – это не так. Действительно, утечки газа опасны сами по себе. Но наибольшую опасность представляют собой твёрдотопливные котлы, как это ни кажется странным.

А между тем – объясняется это довольно просто. Температура сгорания твёрдого топлива – намного выше, чем газа, и энергетический потенциал – тоже. А вот контролировать процесс горения и управлять им – не пример сложнее. «Прикрутить фитилек» на газовом или жидкотопливном оборудовании – дело нескольких секунд. Про электрические и речь не идет – там управление еще проще и чувствительнее. А вот работа котла на дровах или угле всегда характеризуется значительной тепловой инертностью, то есть даже внесенные изменения в режим горения топлива срабатывают не сразу. Не зря многие твёрдотопливные котлы оснащаются специальными контурами охлаждения — это вынужденная мера, в целях недопущения перегрева выше критичных температур.

Да, предохранительный клапан по давлению должен здесь взять на себя обязанность защиты. Но, во-первых, точность срабатывания таких пружинных устройств – невелика, нормой считается ±30% от номинала. Для некоторых систем такой «пунктуальности» становится недостаточно. А во-вторых, и это главное, если система отопления оснащается расширительным баком открытого типа, то клапан по давлению и вовсе становится бесполезным. Он никак не убережет систему от возможного перегрева и доведения до точки кипения.

В отопительных системах открытого типа предохранительный клапан по давлению становится бесполезным «украшением».

Стало быть, необходима система защиты, которая срабатывала бы при достижении верхнего температурного порога.

Такой «рубеж обороны» необходим и при других обстоятельствах. Например, твёрдотопливный котел работает в системе с принудительной циркуляцией теплоносителя. Если вдруг из-за проблем с подачей электроэнергии остановится насос и прекратиться циркуляция, может сложиться крайне опасная ситуация. Значит, система защиты «по температуре» должна быть полностью энергонезависимой, способной выручить в любом случае.

Вот к таким устройствам и можно отнести клапаны теплового сброса.

Устройство и принцип действия клапана

Устройство клапана Устройство предохранительного клапана:

• защитной крышки;
• выпускного отверстия;
• пломбы;
• пружины сжатия;
• конуса;
• седла;
• напорной камеры.

Корпус изготавливается по технологии горячего штампования, обычно используют латунь, поэтому имеет большой срок эксплуатации. Регулирующий блок выполняется из термостойкого пластика, он не изменяет свою форму. Существуют разные виды предохранительных клапанов, но принцип действия один. На седло воздействует пружинный механизм и оно находится в закрытом состоянии. Если напор в трубопроводе будет сильнее усилия пружины сжатия, то откроется седло и произойдёт выброс теплоносителя.

Правила монтажа и настройки

Запланировав самостоятельный монтаж предохранительного клапана для отопления, следует заранее подготовить набор инструментов. В работе не обойтись без разводных и гаечных ключей, крестовой отвертки, пассатижей, рулетки, силиконового герметика.

Прежде чем начать работу, нужно определить подходящее для монтажа место. Предохранительный клапан рекомендуют крепить на подающем трубопроводе недалеко от выходного патрубка котла. Оптимальное расстояние между элементами – 200-300 мм.

Все компактные бытовые предохранители оснащены резьбой. Чтобы добиться полной герметичности при накручивании, необходимо уплотнить трубу паклей или силиконом. ФУМ-ленту использовать нежелательно, так как она не всегда выдерживает критически высокую температуру

В нормативной документации, которой комплектуется каждый прибор, процесс монтажа обычно расписан пошагово.

Некоторые ключевые правила установки неизменны для всех типов клапанов:

• если предохранитель монтируется не в составе группы безопасности, рядом с ним ставится манометр;
• в пружинных клапанах ось пружины должна иметь строго вертикальное положение и располагаться под корпусом устройства;
• в рычажно-грузовом оборудовании рычаг размещают горизонтально;
• на участке трубопровода между отопительным оборудованием и предохранителем не допускается монтаж обратных клапанов, кранов, задвижек, циркуляционного насоса;
• для предотвращения повреждений корпуса при вращении клапана, нужно подбираться ключом с той стороны, где осуществляется навинчивание;
• сливная трубка, отводящая теплоноситель в канализационную сеть или обратную трубу, подключается к выходному патрубку клапана;
• выходной патрубок подводится к канализации не прямиком, а с включением воронки или приямка;
• в системах, где циркуляция жидкости происходит по естественной схеме, предохранительный клапан ставится в наивысшей точке.

Условный диаметр прибора подбирается на основании разработанных и утвержденных Гостехнадзором методик. В решении этого вопроса разумнее обращаться за помощью к профессионалам.

Если такой возможности нет, можно попробовать воспользоваться специализированными онлайн-программами для расчета.

Для снижения гидравлических потерь во время давления среды на тарелку клапана монтаж аварийного оборудования выполняется с уклоном к котельной установке

На регулировку клапана влияет вид прижимной конструкции. В пружинных приспособлениях есть колпачок. Предварительное сжатие пружины настраивается путем его вращения. Точность регулировки у этих изделий высокая: +/- 0,2 атм.

В рычажных устройствах настройки выполняются посредством наращивания массы или передвижения груза.

После 7-8 срабатываний в установленном аварийном устройстве изнашивается пружина и тарелка, вследствие чего может нарушиться герметичность. В таком случае целесообразно заменить клапан на новый.

Необходимые инструменты и материалы

Для монтажа клапана понадобятся:

• разводной ключ;
• фум — лента или пакля;
• специальная паста для герметизации мест соединения.

Ход работ

Каждое изделие, предназначенное для спуска избыточного давления, укомплектовано инструкцией по монтажу, которую следует внимательно изучить до начала работ. Перед установкой также нужно выполнить отключение водонагревателя от сети и слить из него воду. Клапан должен быть размещён на холодном водопроводе до запорного крана. Последовательность монтажа клапана следующая:

• разметка места установки;
• удаление части трубы размером, соответствующим длине корпуса устройства;
• нарезка резьбы на концах труб:
• покрытие резьбовой части паклей или фум-лентой;
• накручивание клапана на резьбу труб;
• подключение к другому патрубку трубку, ведущую в канализационную систему.
• затягивание резьбового соединения с помощью разводного ключа;
• герметизация места соединения специальной пастой;
• настройка прибора, в соответствии с паспортными значениями (при необходимости).

Устройство и принцип работы пружинных клапанов

Клапан состоит из стального корпуса, нижний штуцер которого используется в качестве соединительного элемента между ним и трубопроводом. Если в системе повышается давление, сброс среды происходит через боковой штуцер. Отрегулированная в зависимости от давления в системе пружина обеспечивает прижимание золотника к седлу. Регулировка пружины происходит посредством специальной втулки, которая вкручена в верхнюю крышку, расположенную на корпусе устройства. Размещенный в верхней части колпак предназначен для защиты втулки от разрушения в результате механических воздействий. Наличие специального ушка для пломбировки позволяет предохранить систему от постороннего вмешательства.

Для клапанов, в которых уравновешивающим механизмом выступает пружина, подбирается усилие рабочего органа. Если параметры подобраны правильно, при нормальном состоянии системы золотник, отвечающий за выпуск излишнего давления из трубопровода, должен быть прижат к седлу. Когда рабочие показатели увеличивается до критического уровня в зависимости от типа пружинного устройства золотник отходит вверх на определенную высоту.

Предохранительный пружинный клапан, обеспечивающий своевременный сброс давления, изготавливают из разных материалов:

• Углеродистая сталь. Подобные устройства подходят для систем, давление в которых пребывает в пределах 0,1-70 Мпа.
• Нержавеющая сталь. Клапаны из нержавеющей стали рассчитаны на системы, давление в которых не превышает 0,25-2,3 Мпа.

Почему может подтекать клапан

Клапан сброса давления в отопительной системе может подтекать по разным причинам. В некоторых ситуациях это допустимый естественный процесс, в других случаях протечка говорит о неисправности прибора.

Подтекание клапана защиты может быть вызвано следующими причинами:

1. Повреждением герметичного резинового стакана, диска в результате многократного использования. Если при ремонте деталь на замену не удастся обнаружить в продаже или она не входит в комплектацию, придется менять прибор полностью.
2. В пружинных видах открывание бокового спускного патрубка происходит постепенно, при пограничных значениях давления или кратковременных скачках клапан может частично срабатывать и капать, что не говорит о его неисправности.
3. Подтекание могут вызвать неправильная настройка или неисправности расширительного бака — повреждение его мембраны, выход воздуха через разгерметизированный корпус или испорченный ниппель. В этом случае возможны резкие скачки давления в результате гидроударов, вызывающие периодическое кратковременное вытекание теплоносителя через предохранительный клапан.
4. Причина подтекания некоторых регулируемых клапанов – просачивание жидкости по штоку через верх во время срабатывания.
5. Если на отводном патрубке создается противодавление выше порога срабатывания прибора, также происходит протечка.

Разновидности

В настоящее время выделяется несколько разновидностей предохранительных клапанов, которые классифицируются по ряду критериев:

Исходя из устройства прижима тарелки бывают:

• пружинные;
• рычажно-грузовые.

По высоте подъема запорного механизма, клапаны подразделяются на:

• малоподъемные (в таких устройствах тарелка не поднимается выше, чем на 5% от диаметра седельной части),
• полноподъемные (затвор поднимается достаточно высоко, благодаря чему можно избавиться от достаточно большого объема среды, такой тип хорошо пригоден для систем отопления, в которых в качестве теплоносителя выступают жидкость либо пар).

Учитывая то, с какой скоростью срабатывает клапан, различаются:

• пропорциональные (затвор открывается плавно, исходя из увеличения давления в трубопроводе, в момент когда клапан закрывается — исключается возможность образования гидроударов);
• двухпозиционные (такие устройства открываются достаточно резко и могут сбросить значительный объем среды, закрываются также резко, что чревато негативными последствиями в виде гидроударов).

Рассмотрим более подробно виды предохранительных клапанов.

Пружинные клапаны

Пружинный предохранительный клапан

Сегодня клапаны, относящиеся к данному типу, достаточно популярны и используются повсеместно. В основном они предназначены для автономных систем отопления.

Конструкция устройства — достаточно простая, но в то же время надежная. Шток золотника зажимается посредством пружины. Сила, с которой будет осуществляться прижим, находится в непосредственной зависимости от степени сжатия этой пружины.

В конструкцию входит регулирующий механизм, благодаря которому можно задать параметры, согласно которым, в случае возникновения аварийной ситуации, котел будет отключен.

Рычажно-грузовые клапаны

Рычажно-грузовой клапан

Такой тип клапанов по внешнему виду напоминает запорное оборудование, в конструкцию которого входит специальный груз, находящийся в непосредственном контакте с золотником. Их взаимосвязь обеспечивается посредством рычага. Обычно рычажно-грузовой клапан устанавливается на трубопроводах с диаметром не ниже 200 мм.

Очень редко монтируется в отопительных системах, базирующихся на котельном оборудовании, которые обычно встречаются в частных домах.

Принцип работы данного механизма заключается в следующем: груз движется по направлению длины рычага и осуществляет регулировку силы, с которой золотник придавливается к седлу. В случае, если давление теплоносителя в системе заходит за пределы допустимой нормы, происходит открытие предохранительного клапана и через выходной патрубок выходит лишняя жидкость.

Принцип работы и возможные дефекты сбросного предохранительного клапана

Расолька С.Г. ООО «Гилберт Инвест» Эксперт

Шевченко О.В. ООО «Гилберт Инвест» Директор департамента экспертиз

Сброс газа за регулятором при кратковременном увеличении давления газа выше установленного должен осуществляться с помощью специальных предохранительных сбросных клапанов (ПСК). Сегодня выпускают две разновидности подобных устройств: ПСК-25 и ПСК-50. Их монтируют на газопроводах среднего и низкого давления.

Предохранительные сбросные клапаны являются закрытой в эксплуатационном состоянии арматурой, которая открывается на непродолжительное время, но при достижении необходимого давления в контролируемой точке в автоматическом режиме закрывается. Существуют пружинные и мембранные клапаны. Пружинные устройства снабжаются устройством, используемым для их принудительного открывания и продувки для предотвращения примерзания и прилипания золотника к седлу, а также с целью удаления твердых частиц, которые попали между уплотнительными поверхностями.

Существуют клапаны ПСК малоподъемного и полноподъемного типа. Малоподъемные разновидности характеризуются постепенным открытием затвора, пропорционально повышению давления в контролируемой точке газопровода. Открытие полноподъемных клапанов происходит резко и полностью, сильным рывком, а закрытие так же осуществляется резко, при наличии удара золотника о седло (в случае понижения давления).

В полноподъемных ПСК, если достигнуто максимально разрешимое давление, затвор ПСК должен открыться до полного подъема, в открытом состоянии функционировать стабильно. Закрытие затвора должно осуществляться при снижении давления до номинального значения либо ниже его на пять процентов, и гарантировать герметичность. При запаздывании закрывания затвора газовое давление в сети может существенно уменьшиться, что может вызвать нарушение режима функционирования системы и выброс в окружающую среду чрезмерно большого объема газа.

У малоподъемных ПСК при закрывании затвора после сброса требуемого объема газа сложно добиться герметичности затвора, поскольку для этого нужно приложить большее усилие, нежели в режиме «закрыто». Подобные клапаны останавливают сброс газа только после того, как давление снизилось до 0.8-0.85 процента рабочего давления, что вызывает постоянный либо продолжительный сброс газа в окружающую среду.

Основным достоинством мембранных ПСК можно считать наличие эластичной мембраны, которая играет роль чувствительного элемента. Если в пружинных моделях золотник является не только чувствительным элементом, но и запорным органом, то в мембранных устройствах золотнику отводятся только запорные функции.

Предохранительные сбросные клапаны могут иметь разного рода неисправности, приводящие к нестабильному функционированию газопроводов. Одним из возможных дефектов может быть негерметичное закрывание клапана, причиной которого является неплотное прилегание клапана к седлу. Для устранения этой неисправности требуется произвести очистку клапана и замену резины уплотнителя.

Другим вероятным дефектом ПСК может стать не открывание клапана при увеличении давления выше установленной нормы. Причиной этого могут стать разрыв мембраны или излишнее затягивание пружины. Для решения проблемы достаточно ослабить пружину и выполнить замену мембраны.

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности сетей газораспределения и газопотребления».

2. СНиП 42-01-2002 – «Газораспределительные системы».

Как выбрать надежный клапан

В проекте отопительной системы нужно чётко определять предельные допустимые значения давления. Также учитывается продуктивная способность бойлера или насоса, объём, особенности циркуляции температуры рабочей среды. Исходя из этого подбирается тип и конструктивные особенности.
Из ранее перечисленных видов пользователям рекомендуется использовать пружинные предохранительные клапаны. Они отлично подойдут для котлов с небольшой мощностью. Также используют устройства с низким или средним подъёмом для водогрейных систем.

Если рабочая среда сбрасывается в окружающую среду, то следует выбрать устройство открытого вида. Если сброс происходит в дренаж, то используется конструкция корпуса с выходным патрубком резьбового присоединения.

Традиционный подрывной клапан имеет доступную цену, легко устанавливается. Это устройство хорошо защищает закрытую систему отопления с газовым илиэлкетрическим котлом, так как при возникновении аварии нагрев прекращается сразу.
Также не рекомендуется приобретать дешёвую китайскую арматуру. Она ненадёжна и протекает сразу, после первого подрыва.