Обратные клапаны для трубопроводов

Обратный клапан – непременный элемент сложных и разветвлённых систем водоснабжения и канализации (причём как промышленных, так и бытовых). Они отвечают за равномерность и непрерывность водного потока, предотвращают его возможные нарушения. Обратные клапаны универсальны, поэтому их часто предусматривают в системах управления водяными насосами, в противопожарных трубопроводах и узлах отопления.

Основные функции обратных клапанов

Обратный клапан для воды и канализации как разновидность трубопроводной арматуры обеспечивает водному потоку беспрепятственное движение в одном направлении. Если схемой предусмотрен поворот потока, там неизменно могут измениться такие его гидродинамические характеристики, как скорость, расход и давление. Если изменения существенны, в трубопроводе возможен так называемый гидравлический удар, интенсивность которого может быть настолько значительной, что поспособствует разрушению трубы и смонтированной арматуры.

Обратный клапан и гидроудар

При изменении направления движения воды возникает ударная волна, внешним признаком которой является возникновение резких стуков в трубопроводе. Ударная волна от гидроудара распространяется со скоростью звука. Кинетическая энергия гидроудара зависит не только от скорости водного потока, но и от массы воды, находящейся в пространстве между клапаном и следующим коленом в системе трубопроводов или в столбе воды после насоса.

Если скорость превышает ту, на которую рассчитана водоканализационная система, это приводит к таким последствиям:

  1. Повреждению насоса, существующих клапанов и приборов, выходу из строя уплотнительных деталей и деформационных швов, возникновению трещин в стенках труб и сварных соединениях.
  2. Появлению утечек, которые часто начинаются медленно, но постепенно с течением времени увеличиваются. 
  3. Разрыву труб, особенно, если они изготовлены из малопластичного материала (например, чугуна)

Имеются и косвенные последствия. Они связаны с неизбежным ремонтом части системы водоснабжения и канализации, а также замене электрооборудовании, находящегося в зоне аварии. Наконец, повреждение трубопровода ставит под угрозу здоровье и безопасность людей. 

Наиболее эффективным решением, исключающим гидроудар, является установка обратного клапана для воды или канализации.

Помимо сглаживания скачков давления водного потока, с помощью обратных клапанов:

  • Поддерживается стабильность расхода воды;
  • Облегчается работа компрессоров и поршневых насосов;
  • Повышается качество управления сточными водами;
  • В комбинации с сетчатым фильтром улучшаются условия для удержания воды в точке её забора из скважины.

Номенклатура обратных клапанов для трубопроводов отечественного производства регламентируется нормами ГОСТ 27477-87 и ГОСТ 11823-91.

Устройство и принцип работы обратного клапана

Конструктивное разнообразие обратных клапанов для воды и канализации обусловлено условиями их использования. Однако в любом случае узел должен быть снабжён подвижным элементом, отвечающим за управление водным потоком. По принципу перемещения такого элемента выделяют поворотные обратные клапаны (вращающиеся в соответствии с центром тяжести) и подъёмные обратные клапаны (движущиеся вдоль оси).

Поворотный обратный клапан имеет шарнирный механизм и диск в форме заслонки, свободно опирающийся на поверхность седла. Для того, чтобы заслонка клапана могла каждый раз достигать правильного положения, она сконструирована таким образом, чтобы иметь достаточно места для поворота и обеспечивать всестороннее соприкосновение с седлом.  

Когда поворотный обратный клапан полностью открыт, давление жидкости ничем не ограничивается, поэтому перепад давления через устройство относительно невелик. 

Обратный клапан поворотного исполнения содержит диск, который расположен на уплотнительной поверхности седла. Давление жидкости поднимает диск относительно уплотнительной поверхности седла, а обратный поток воды прижимает диск к седлу, перекрывая поток. В зависимости от условий использования диск может быть цельнометаллической конструкцией, либо изготавливаться в форме резиновой прокладки/кольца.

Перепад давления через подъемный обратный клапан больше, чем у поворотного обратного клапана, а расход воды ограничен.

Распространенным типом обратного клапана, устанавливаемого в системах водоснабжения и водоотвода, являются шаровые обратные клапаны. Исполнительный элемент такого устройства – свободно плавающий или подпружиненный шарик, который движется вверх и вниз. Седло изготавливается по размеру шара, а корпус имеет коническую форму, чтобы с целью герметизации и остановки обратного потока воды точно направлять шарик в седле.

Шарик имеет немного больший диаметр, чем у сквозного отверстия. Когда давление за седлом превышает давление над шаром, вода пропускается через клапан. Однако, как только давление над шариком превышает давление под седлом, шар возвращается в исходное положение, предотвращая обратный поток.  Обратные клапаны изготавливаются из металлов (чугун, сталь, латунь, бронза) и ударопрочных пластиков. При выборе материала следует учитывать условия эксплуатации (например, температуру воды, наибольшие давления потока, расход), срок службы (трудоёмкость технического обслуживания) и насыщенность воды коррозионно активными частицами (например, в системах сточной или фекальной канализации).

Стандартные исполнения обратных клапанов рассчитаны на использование в следующих условиях:

  • Давление, МПа, от 100 до 250;
  • Температура потока, 0С, от – 60 до +600;
  • Условный проход трубы Ду, мм – от 3 до 400.

Типы соединений – резьбовое, фланцевое (разъёмное и неразъёмное), а также при помощи муфт или штуцеров.

Чугунные узлы предусматриваются для рабочих давлений от 0,25 до 2,5 МПа и условных проходов Ду от 15 до 400 мм. При изготовлении из цветных металлов/сплавов допускаемые давления составляют 1,6…2,5 МПа, а Ду – 6…100 мм. С превышением указанных значений обратные клапаны производятся из нержавеющей стали (обычно AISI 304 или её отечественного аналога 08Х18Н10).

Технические условия на изготовление металлической арматуры включают:

  • Указание на рабочее положение клапана – вертикальное, горизонтальное, наклонное;
  • Для исполнений с резьбовым присоединением резьба должна быть только метрической;
  • Размерные допуски на соосность и симметричность (допуски на уплотнительные элементы указываются отдельно).

Не допускается наличие заусенцев, загрязнений, механических поверхностных повреждений и следов коррозии. По требованию заказчика изделия могут иметь поверхностное покрытие. Маркировка изделий производится согласно требованиям ГОСТ 4666-2015.

Готовая продукция подвергается проверке на герметичность по нормам, указанным в ГОСТ 11823-91.

Особенности эксплуатации обратных клапанов

Возможны следующие варианты монтажа:

  1. Для нарезных клапанов – с наружной или внутренней резьбой.
  2. Для фланцевых соединений – болтовое, зажимное или сварное.
  3. Для компрессионных соединений – с обжимным фитингом.
  4. С торцами под сварку стыковым или раструбным способами.
  5. Герметичное соединение без сварки и резьбы с использованием промежуточных деталей – муфты, штуцера или вдавливающейся кольцевой прокладки из мягкой стали.

Выбор диктуется прочностными параметрами соединения и размерами пространства, доступного для установки узла.

Поворотные обратные клапаны. Обеспечивают полный и беспрепятственный поток, закрываясь при снижении давления. Полное закрытие происходит, когда движение воды отсутствует. Вследствие низкого перепада давления такие клапаны рекомендуются для использования в системах с задвижками/заслонками. 

Преимущества клапанов такого типа:

  • Минимальная турбулентность и перепад давления в системе;
  • Более лёгкое открытие при низких давлениях;
  • Надёжное уплотнение, благодаря конической поверхности седла;
  • Отсутствие удара при закрытии в условиях высокого давления.

Поворотные обратные клапаны не могут, однако, использоваться в системах с пульсирующими потоками. 

Подъемные обратные клапаны.  Их лучше всего применять в системах с шаровыми клапанами и пластиковыми обратными клапанами. 

Преимущества:

  • Разнообразие конструктивных исполнений корпуса; 
  • Минимальный шум при работе;
  • Наилучшая герметичность;
  • Минимум места для установки.

Вместе с тем такие конструкции нуждаются в особо тщательном монтаже, поскольку водный поток должен поступать только ниже уровня расположения седла. 

Шаровые обратные клапаны. Могут использоваться с любыми трубопроводными линиями (в том числе, и с высокими скоростями потока). Возможна установка в водоканализационных магистралях с вертикальным потоком, т.к. на поверхности шара не задерживаются осадок и загрязнения. Считаются наиболее ремонтопригодными типами обратных клапанов, поскольку допускают повторную эксплуатацию с заменёнными кольцами седла.

Техническое обслуживание обратных клапанов

Чем больше движущихся частей в устройстве, тем чаще потребность в обслуживании и тем это обслуживание сложнее. Например, обычный подъёмный обратный клапан может работать десятилетиями без проведения регламентных работ: ведь там шток скользит через постоянно смазываемые водой направляющие. Наименьшей долговечностью обладают пружины обратного подъёма, но и они рассчитываются изготовителем не менее, чем на 50 000 рабочих циклов.

Техническое обслуживание подъёмного обратного клапана заключается в регулярном его прослушивании, когда расход воды – нулевой. В таких условиях пытаются услышать утечку седла.  Утечка звучит как шипящий шум и легко обнаруживается с помощью, например, медицинского стетоскопа.   Если звук – постоянен, то узел нуждается в замене или ремонте. Медлить с этим нельзя, потому что всего через несколько месяцев, поверхность седла начнет разрушаться. Одновременно возникает и такой дефект как рост зазоров между штоком и направляющими. Акустически это проявляется в отчётливых металлических стуках в области седла, а результатом может быть снижение скорости водного потока или замедленное срабатывание клапана.

Важной составляющей мониторинга долговечности является оценка вибраций, возникающих при работе обратного клапана. Вибрация (как, кстати, и проворот диска) при постоянном потоке может сократить срок службы втулки и пружины до года и менее. Часто в таких случаях увеличивают напор, но это приводит только к росту суммарных потерь расхода воды через клапан.

Регулярное техобслуживание заключается также в проверке целостности уплотнений и смазке направляющих систем. Уход требует выполнения всего нескольких простых действий:

  • Проверки чистоты сопрягаемых поверхностей (для канализационных труб используют проволочную щётку);
  • Предотвращения появления пятен коррозии;
  • Оценке возможного заклинивания клапана при ручном его открытии/закрытии на отключённой магистрали;
  • Периодической проверке соответствия давления и температуры воды номинальным значениям;
  • Регулярной смазке трущихся поверхностей.

Качественный регламентный уход за обратным клапаном – это самый простой способ предотвратить повреждение узла и продлить срок его безотказной службы.

Оставить заявку