Предохранительный клапан системы отопления: устройство, принцип работы, выбор защитного клапана

Виды и конструкции

По принципу действия на запорный элемент клапаны сброса избыточного давления (сокращенно КСИД) делят на два типа:

  • Прямого действия. Срабатывают под действием напора рабочей среды. Часто используются в топливопроводах и масляных контурах.
  • Непрямого действия. Используется сторонний источник давления. Их применяют в качестве клапанов аварийного сброса избыточного давления воды или газа.

В зависимости от внутреннего устройства клапаны КСИД подразделяются на следующие виды

С выносным датчиком

Арматура укомплектована подпружиненным штоком. Они срабатывают от основных или дополнительных мехов. В датчике находится чувствительный к температуре состав. В случае перегрева он расширяется и попадает в меха по капилляру. Увеличившиеся в размерах меха толкают шток, отжимая запорный элемент от седла. Так открывается просвет для сброса рабочей среды в окружающее пространство или в дренаж.

Комбинированные с подпиткой системы

Продвинутая конструкция разработана для того, чтобы одновременно выполнять несколько операций:

  • Сброс рабочей среды по сигналу внешнего сенсора.
  • Быстрое снижение температуры теплоносителя.
  • Подпитка отопительного контура свежей водой.

Для этого на едином штоке, проходящем через две независимые рабочие камеры, установлены два запорных тарельчатых элемента. Один из них открывает путь перегретому теплоносителю в канал сброса, второй одновременно подает в систему свежий его запас, чтобы компенсировать потери.

Похожие клапана используются и для выпуска избыточного давления воздуха, с одновременным добавлением новой порции из ресивера.

Пружинные

Здесь запорный элемент удерживается силой деформированной пружины. Клапан перестраивается в ограниченном диапазоне напора. Для этого достаточно вращать регулировочный винт, предварительно сжимающий или ослабляющий пружину.

Клапан можно настраивать и в больших пределах, меняя пружину на более или менее жесткую.

Многие пружинные клапаны снабжают рычагом для сброса давления вручную и для проверки работоспособности устройства.

Если прибор предназначен для функционирования в активных средах, на пружину наносят защитное полимерное покрытие.

Рычажно-грузовые

В такой арматуре вместо силы сжатия пружины используется сила земного тяготения. Давление рабочей среды уравновешивается весом тщательно подобранного груза, подвешенного на рычажном механизме. Тонкую настройку момента срабатывания можно добиться, перемещая груз ближе или дальше от штока вдоль по рычагу, снижая или повышая таким образом силу прижима и пороговое значение срабатывания.

Такие конструкции могут устанавливаться только в одном, строго определенном положении относительно горизонта. Как правило, они работают на горизонтальных участках трубопроводов.

Для обеспечения высокой пропускной способности приходится увеличивать диаметр тарельчатых запорных элементов. Чтобы избежать значительного роста габаритов изделия и массы груза, часто в одной рабочей камере размещают два клапана меньшего сечения.

Конструкция отличается высокой стабильностью параметров.

Установка

  • Отсоединение установленного бойлера от электросети и слив воды из бака. Нужно удостовериться, что подача воды ко всем трубам перекрыта, иначе в момент резки необходимого участка можно просто-напросто затопить все квартиры, расположенные ниже.
  • Корпус клапана продувается воздухом, чтобы удалить случайный мусор и пыль. Готовится пакля или ФУМ-лента, которая послужит для гидроизоляции резьбового соединения.
  • Гаечным ключом клапан вкручивается в месте соединения трубы и бойлера. Стрелка на корпусе клапана должна совпадать с направлением движения жидкости. Накидные гайки должны быть хорошо затянуты, место соединения можно дополнительно промазать силиконовым герметиком.
  • Перед тем как подключить бойлер в электросеть, стоит провести опрессовку соединения с помощью холодной воды. Если после 5 минут тока жидкости на месте соединения не выступят капли, то все соединено правильно.

Также «на холодную» проверяются предохранительный и обратный клапаны. В первом случае нужно нажать на спусковой флажок сначала слабо (должны появиться первые капли воды), а потом на полную силу.

При полном нажатии по прозрачной отводной трубке должна быстро потечь вода. Обратный клапан можно проверить, заполнив резервуар водонагревателя полностью и перекрыв центральный ввод воды.

При открытии крана в ванной или на кухне ток воды должен быстро прекратиться. Если вода продолжает течь из крана в течение нескольких минут, значит, обратный клапан требует регулировки.

Пример установки

Далее может стоять еще обратный клапан, который называют еще запорным. Но это уже перестраховка — такое же устройство имеется в предохранительном, да еще часто после счетчика воды на входе.

Схема монтажа приведена ниже. Это — один из нормальных вариантов.

Схема установки предохранительного клапана для бойлера

На схеме имеется шаровый кран. Он необходим для опорожнения бака перед консервацией на зиму (на дачах) или перед демонтажем для профилактики и ремонта. Но чаще ставят его на тройник, который накручивается непосредственно на входной патрубок водонагревателя. На тройник снизу накручивается предохранительный клапан, а в боковой отвод ставится шаровый кран.

Установка предохранительного клапана после тройника

Классификация и характеристики пружинных клапанов

Клапан предохранительный пружинный выпускается в трех исполнениях:

  • Малоподъемные устройства подходят для систем газопроводов и паропроводов, давление в которых не превышает 0,6 Мпа. Высота подъема такого клапана не достигает более 1/20 диаметра седла
  • Среднеподъемные устройства, в которых высота подъема золотника составляет от 1/6 до 1/10 от диметра сопла.
  • Полноподъемные устройства, в которых высота подъема клапана достигает до ¼ от диаметра седла.

Известна классификация клапанов исходя из способа их открывания:

  • Обратный пружинный клапан. Для управления обратными пружинными клапанами привлекается непрямой посторонний источник давления. Обратные пружинные клапаны, которые называют импульсными предохранительными устройствами, могут работать посредством воздействия электроэнергии.
  • Прямой клапан. В устройствах прямого типа рабочее давление среды оказывает непосредственное воздействие на золотник, который поднимается при повышении давления.

Выделяют клапаны открытого и закрытого типа. В случае использования устройства прямого типа при открывании клапана среда сбрасывается прямо в атмосферу. Клапаны закрытого типа остаются полностью герметичными по отношению к окружающей среде, сбрасывая давление в специальный трубопровод.

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

Виды защитных механизмов

В промышленности применяются различные конструкции защитных устройств труб, в зависимости от их места установки и проводимой среды. Это могут быть пружинные, рычажные, мембранные, двухпозиционные и другие виды применяемых предохранительных клапанов.

Рассмотрим подробнее их устройство и принцип работы.

Клапан предохранительный пружинный

Самый широко используемый предохранительный клапан, особенно для систем отопления. Основные его преимущества, простота конструкции и возможность легко отрегулировать на рабочее давление в системе. Различают следующие разновидности защитных пружинных механизмов:

  • прямого действия – устройство срабатывает при непосредственном воздействии рабочей среды;
  • непрямого действия – сброс повышенного напора производится внешним управлением, например, электрическим сигналом;
  • двухпозиционные агрегаты – открытие фитинга происходит сразу резко на полный ход, после сброса напора фитинг резко закрывается, что может вызвать автоколебания седла и вибрацию механизма.

Двухпозиционный фитинг

Защитный механизм рычажного типа

Механизм данного фитинга состоит из рычага, соединенного с золотником, который закрывает отверстие выпуска. На рычаг подвешивается груз, и, в зависимости от веса груза и места крепления на рычаге, регулируется настройка механизма.

Груз фиксируется на рычаге от случайного смещения и изменения настройки. Недостатком данной конструкции является ее громоздкость, поэтому применение таких механизмов производится в системах с большим диаметром труб, больше 50 мм.

Защитное устройство рычажного типа

Клапан предохранительный мембранный

Основным элементом такой конструкции является мембрана. Принцип работы состоит в том, что при возникновении аварийного напора в трубах мембрана разрывается и производится сброс рабочей среды. Мембранные устройства просты в изготовлении, герметичны и быстро срабатывают.

В зависимости от конструкции, такие устройства могут быть с разрывной мембраной и с хлопающей мембраной:

  1. Механизмы с разрывной мембраной применяют в системах с жидкими и газообразными рабочими средами. Форма мембраны плоская или куполообразная, при резком изменении давления выше рабочего устройство срабатывает, и мембрана разрушается.
  2. Механизмы с хлопающей мембраной используются чаще всего в системах с газообразной рабочей средой. Мембрана изготавливается из каучукообразной ткани и предохраняет трубы как от повышения, так и опасного снижения давления. Для этого сверху и снизу мембраны расположены ножи. При изменении давления мембрана выгибается, и когда, при резком перепаде в системе, касается ножей, то происходит разрез оболочки. При этом в зависимости от величины напора происходит или сброс, или пополнение от дополнительной емкости.

Предохранительное мембранное устройство

Назначение

Предохранительный клапан предназначен для защиты системы отопления от негативных последствий, которые могут произойти в той ситуации, когда теплоноситель перегреется.

Перепады давления — типичное явление для котлов и возникают по ряду причин:

  • количество теплоносителя заходит за пределы нормы, и, в конечном итоге, автоматика дает сбой;
  • резкое увеличение температуры.

Если не будет установлен предохранительный клапан в системе отопления, то последствия перегрева будут неприятными:

  • в тех участках, где элементы трубопровода соединены, могут образоваться протечки;
  • могут возникнуть дефекты на фитингах и трубах, изготовленных из полимера;
  • также может взорваться водяная рубашка котла, что чревато коротким замыканием электрического оборудования в котельной.

Различия в конструкциях

Устройство различных предохранительных клапанов может различаться. Так, большая часть арматуры выпускается с одним седлом. Можно встретить и конструкции, в которых два седла (и два штока с пружинами) установлены рядом.

По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:

  • малого подъема: до 1/20;
  • среднего подъема: до 1/4;
  • полного подъема: свыше 1/4.

Чем выше степень подъема, тем быстрее срабатывает устройство. Малоподъемные модели применяются для жидкостей, там, где не требуется сбрасывать большие объемы для снижения давления до нормального. В них высота подъема пропорциональна напору среды. Полноподъемные называют также двухпозиционными. Они имеют два положения: «Открыто» и «Закрыто» и предназначены для:

  • жидкостных систем высокого давления;
  • газов.

Такая конструкция позволяет быстро сбросить значительный объем газа или жидкости и применяется в особо ответственных установках и технологических комплексах.

Самые серьезные конструктивные различия наблюдаются в способах приложения нагружающей силы к запорному органу.

Пружинные клапаны

Наиболее распространены в бытовых системах- водонагревательных, водопроводных, отопительных. Золотник прижимается к седлу силой сжатой пружины. Изменяя степень предварительного сжатия пружины регулировочным винтом, можно настраивать ее на разные предельные значения. Многие модели снабжаются рычагом принудительного ручного открытия затвора для того, чтобы время от времени проверять работоспособность. Для устройств, работающих в опасных и вредных для здоровья средах, ручная контрольная продувка не предусматривается. Пружины, седла и камера устройств, работающих в агрессивных жидкостях и газах, покрывается специальными антикоррозийными покрытиями.

Шток, проходящий через корпус, уплотняется двойным сальником из особо стойких материалов (специальные сорта резины, фторопласт), исключающим в нормальных условиях проникновение агрессивных веществ в помещение.

Рычажно-грузовые клапаны

Такие конструкции для противодействия силе напора используют силу земного притяжения. Они могут монтироваться только в строго определенном производителем положении относительно горизонта и не допущены к применению на транспортных средствах и других подвижных объектах. Вес груза передается через рычаг штоку золотника, уравновешивая его до тех пор, пока давление в трубопроводе ниже порогового.

Чтобы избавиться от этих эффектов, и применяют двухседельные клапаны, каждый из которых невелик по габаритам и весу. Регулировка таких устройств проводится добавлением или удалением части груза, размещенного на рычаге. Они отличаются стабильностью параметров работы и отсутствием эффекта старения пружин, снижающих их упругость.

Магнито-пружинные клапаны

Современные конструкции относятся к изделиям непрямого действия. Запорный элемент приводится в действие соленоидом. В нормальном положении электромагнит прижимает его к седлу, а по достижении предельного напора автоматика управления отключает напряжение на катушке индуктивности. Давление среды отжимает золотник и затвор открывается.

В другой конструкции прижатие осуществляется мощной пружиной, а по достижении порогового значения напора управляющая команда включает соленоид, и он поднимает клапан.

Существует исполнение, в котором соленоид и прижимает золотник, и отжимает его под действием противоположно приложенного напряжения. В случае отключения питания устройство продолжает работать как обычное пружинное.

Главное преимущество магнитных устройств — для задания порогового значения нет необходимости в физическом доступе к арматуре. Порог можно изменить в настройках программы управления в зависимости от текущей ситуации или особенности данной стадии технологического процесса.

Такие конструкции стоят существенно дороже своих механических аналогов, но многократно окупают себя в сложных промышленных установках с большим чистом параметров и влияющих друг на друга элементов.

Установка и регулировка узла безопасности

Установить предохранительный клапан на бойлер способен любой человек без помощи сантехника. Правильная монтажная схема указывает, что узел безопасности крепят на патрубок входа холодной воды в водонагреватель. Ниже идут краны, фильтра и другие элементы обвязки.

Устанавливается клапан на водонагреватель в такой последовательности:

  • Установка предохранительного клапана осуществляется непосредственно на патрубок входа холодной воды, идущий внутрь водонагревателя. Часто между ними ставят разъемный переходник – «американку» для удобства демонтажа при обслуживании.
  • На резьбу патрубка или переходника наматывают фум ленту для уплотнения соединения. Узел безопасности накручивают так, чтобы стрелка на корпусе была направлена в сторону бойлера.
  • При накручивании на водонагреватель предохранительного клапана нужно остановиться, когда почувствуется упор. На дешевых моделях монтажный предохранитель отсутствует. Деталь накручивают на четыре оборота. Больше проворачивать нельзя. Резьба патрубка закроет канал штуцера для слива воды.

После установки стоит заглянуть внутрь корпуса со стороны обратного клапана. Внутри отверстия виднеется седло и сама пластина запорного механизма. Для проверки работоспособности пальцем или карандашом надавливают пластину. Она должна податься внутрь, а при отпускании возвратиться на исходное место.

Когда вся схема будет собрана, приступают к регулировке узла безопасности:

  • Водонагреватель заполняют водой, подают напряжение и выставляют на терморегуляторе максимальную температуру. Предстоит подождать, пока произойдет полный нагрев, и автоматика отключит ТЭН.
  • Из штуцера должны появиться капли жидкости. Если их нет, прокручивают регулировочный винт до получения положительного результата.
  • После регулировки рычажком стравливают из бака немного воды, после чего возвращают механизм в закрытое состояние. Капель из штуцера прекратится. Внутрь бака поступит новая порция воды. ТЭН ее нагреет, и жидкость вновь начнет капать из штуцера.
  • Отрегулированный на максимальную температуру механизм всегда сработает при превышении допустимого рубежа. Теперь на регуляторе можно задать меньшую рабочую температуру, например, 50–60оС. При достижении такого порога из штуцера жидкость не будет капать.

На работоспособность рычага принудительного слива и срабатывания при максимальной температуре проверяют группу безопасности 1 раз в месяц. Если отсутствует регулировочный винт и не срабатывает механизм по нужным параметрам, деталь заменяют.

Пружинный клапан

Пружинный клапан мало отличается от рычажно-грузового. По своему виду он отличается, но все детали почти аналогичны. То есть, будет корпус, будет крышка, соответственно. Будет затвор. Но затвор будет прижиматься к седлу не рычажно-грузовой схемой, а пружиной, которая сжимается при помощи специальных винтов или резьбы, соответственно. Она фиксируется и контрогается, для того, чтобы исключить самопроизвольные перемещения.

Пружина

Здесь, на этом рычажно-грузовом клапане, на рычаг одевается груз, который фиксируется на нём после настройки клапана, при помощи стопорного винта. Необходимость в этом, вызвана тем, что при поднятии клапана, при его открытии, возможно, возникать будет вибрация, гидроудар и так далее.

Если это будет происходить, а оно в практике происходит, то груз тогда будет перемещаться к корпусу. Ну и соответственно, при самом минимальном давлении тогда, откроется клапан и будет постоянно сброс среды осуществляться из резервуара трубопровода за пределы этой конструкции.

Принцип действия рычажно-грузового клапана и пружинного почти аналогичны.

При установившемся давлении среды в трубопроводе, резервуаре, в другой конструкции затвор клапана закрыт и прижат к седлу, при помощи рычага с грузом. В этом случае, после клапана, запорное устройство закрывается. Подключенный манометр даёт возможности, при медленном закрытии, следить за тем, чтоб при повышении давления, клапан будет открываться. При каком давлении? При том, что мы будем устанавливать, соответственно, перемещая груз на рычаге.

Принцип действия

Когда мы довели до такого состояния, что клапан, под давлением среды, идущей снизу, будет открываться в нужное время, то есть при соответствующем давлении. Открываем затворное устройство, которое было закрыто, для того, чтобы создать повышенное давление, чтоб сработал клапан. Затем мы фиксируем груз на рычаге болтом и в таком зафиксированном состоянии оставляем.

На корпус клапана навешивается бирка, с указанием даты настройки, предела настройки, и кто выполнял эту работу. Равно так же, в соответствующем журнале производится запись: настройка клапана произведена такого-то, на такой-то предел и так далее.

Периодически, клапан должен проверяться, на отсутствие прикипания  затвора к седлу. Что часто происходит, если клапан стоит на паропроводе или перегретой воде.

Есть такое выражение «подрыв» клапана, когда клапан поднимаем и осуществляется сброс, как показано ниже.

Сброс

И медленно, чтоб исключить гидроудар, мы опускаем на место рычаг с грузом. В этом случае, манометр показывает: давление в норме. Превышения его нет относительно проверки в процессе эксплуатации.

Равно так же пружинные клапаны должны проверяться. Они каждый имеют рычаг, для подъема клапана. При этом, рычаг нажимается вниз, а пружина сжимается и соответственно, даёт возможности открыться клапану, под воздействием давления, действующего снизу, под тарелку.

И в этом случае, так же, происходит восстановление давления до заданного и клапан сам, при помощи пружины – закрывается.

Таким образом, если говорить о принципе действия этих клапанов, они применяются для безопасной эксплуатации трубопровода путём сброса давления за пределы систем трубопровода, ёмкости и так далее.

Чем так важен предохранительный клапан на водонагревателе

Чтобы понять важность этого предохранительного устройства, нужно ознакомится с его устройством и принципом действия

Как устроен предохранительный клапан

Устройство предохранительного клапана для водонагревателя достаточно простое. Конструктивно это два цилиндра с общей полостью, расположенных перпендикулярно друг к другу.

  • Внутри большого цилиндра размещен тарельчатый клапан, поджатый пружиной, обеспечивающий свободное поступление воды в одном направлении. По сути – это всем знакомый обратный клапан. Цилиндр с обоих концов заканчивается резьбовой частью для подключения клапана к обогревателю и системе труб.
  • Второй цилиндр, размещенный перпендикулярно, меньше по диаметру. Он с внешней стороны заглушен, а на его теле сделан сливной (дренажный) патрубок. Внутри него также размещен тарельчатый клапан, но с противоположным направлением срабатывания.

Нередко это устройство оснащено ручкой (рычагом), позволяющей принудительно открывать дренажное отверстие.

По какому принципу действует клапан

Принцип действия предохранительного клапана прост.

Давление холодной воды в водопроводе отжимает «тарелку» обратного клапана и обеспечивает наполнение емкости нагревателя.

По заполнению бака, когда давление внутри него превысит внешнее, клапан закроется, а по мере расхода воды вновь будет обеспечивать своевременное ее пополнение.

Пружина второго клапана более мощная, и рассчитана на повышенное давление в емкости бойлера, которое обязательно возрастает по мере нагрева воды.

Если же давление превышает максимально допустимое значение, пружина сжимается, приоткрывая дренажное отверстие, куда сливается излишек воды, тем самым выравнивая давление до нормы.

Важность нормальной работы клапана

Возможно, описание устройства и принципа действия клапана не внесло полной ясности в вопрос о его крайней важности. Попробуем смоделировать ситуации, к чему может привести его отсутствие

Итак, допустим на входе в нагреватель нет клапана, перекрывающего обратный отток подаваемой в бак воды.

Если даже давление в водопроводной системе стабильно, правильно работать прибор не будет. Объясняется все просто – по законам термодинамики при нагревании воды в баке с неизменным объемом обязательно растет давление.

В определенный момент оно превысит напор подачи, и начнет происходить сброс нагретой воды в водопроводную систему.

Горячая вода может пойти из холодных кранов или поступать в бачок унитаза.

Терморегулятор в этом случае продолжает исправно работать, и ТЭНы потребляют дорогостоящую энергию впустую.

Еще критичней сложится ситуация, если вдруг давление в водопроводной системе по тем или иным причинам упадет, что практикуется достаточно часто, например, при снижении нагрузки на водонапорных станциях в ночное время.

Или если трубы окажутся пустыми в результате аварии или проведения ремонтных работ. Содержимое бака бойлера банально сливается в водопровод, и ТЭНы греют воздух, что неминуемо приводит к их быстрому перегоранию.

Могут возразить, что автоматика должна предотвратить холостую работу нагревателя. Но, во-первых, не во всех моделях такая функция предусмотрена, а во-вторых, и автоматика может дать сбой.

Казалось бы, чтобы избежать подобных ситуаций, можно ограничиться установкой обычного обратного клапана? Некоторые «умники» так и поступают, не осознавая до конца, что этим самым они буквально «закладывают бомбу» в свое жилище.

Страшно представить, что может случиться при выходе из строя терморегулятора.

Вода доходит в баке до температуры кипения, и так как выхода из замкнутого объема нет, давление растет, а при повышенном давлении точка кипения воды становится значительно больше.

Хорошо, если закончится растрескиванием эмали на внутренней части бака – это будет самое меньшее зло.

При падении давления (образование трещины, открытый кран и т.п.) точка кипения воды падает вновь до нормальных 100 градусов, но температура внутри – значительно выше.

Происходит мгновенное вскипание всего объема жидкости с образованием огромного количества пара, и в результате – мощнейший взрыв.

Всего этого не случится если установлен исправный клапан. Итак, резюмируем его прямое назначение:

  1. Не допускать обратного тока воды из емкости нагревателя в водопроводную систему.
  2. Сглаживать возможные скачки давления в водопроводе, в том числе – гидравлические удары.
  3. Производить сброс излишков жидкости при ее нагревании, удерживая таким образом давление в безопасных рамках.
  4. Если клапан оснащен рычагом, его можно использовать для слива воды из водонагревателя при проведении его техобслуживания.
Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector