Пневматические вантузы для трубопроводов

Плунжерные клапаны, предназначенные для устранения воздушных пробок, которые нередко образуются в магистральных трубопроводных линиях, называют пневматическими вантузами. Они являются неотъемлемым элементом запорно-регулирующей арматуры в трубопроводах, подверженных существенным перепадам давления и напора жидкой рабочей среды.

Для чего нужны пневмовантузы для труб

Воздушные пробки – шлюзы – образуются, когда пузырьки воздуха, всегда имеющиеся внутри потока, собираются в верхней точке системы. Если скорость жидкости не превышает скорость подъёма воздушных пузырьков, они остаются в трубе и способствуют потерям расхода. Поскольку крупные пузырьки обладают более высокой плавучестью, чем мелкие, то, чем больше воздушный шлюз, тем сложнее потоку жидкости в трубе сдвинуть его.

Наиболее распространёнными причинами возникновения воздушных пробок считаются

  1. Наличие источника внешнего попадания воздуха в трубопровод. С этой целью входные отверстия из коллекторных резервуаров по возможности должны быть подземными. 
  2. Небольшие утечки на стороне всасывания или – реже – на стороне давления, когда скорость жидкости достаточно высока и воздух всасывается под углом.
  3. В схеме трубопровода имеются протяжённые горизонтальные или стабильно наклонные участки, чередующиеся с высокими зонами, на которых и могут собираться пузырьки.
  4. Скорость водного потока в трубе недостаточна для того, чтобы переместить все пузырьки в конец трубопровода, где они смогут выйти через выпускное отверстие.

В сравнительно коротких бытовых трубопроводах скапливающиеся воздушные пузырьки имеют относительно небольшой объём, поэтому для устранения шлюза достаточно несколько раз резко открыть и закрыть запорный клапан. В промышленных трубопроводах этот метод не работает.

Почему в воздушными пробками нужно бороться

Постоянное появление воздушных пробок сопровождается многочисленными негативными последствиями, которые вредят работе водопроводной системы. Эти последствия включают:

  • Снижение общего расхода воды, которая постоянно перемещается по системе;
  • Потенциальное повреждение ранее установленных приборов и арматуры;
  • Повышенный риск утечек или прорывов труб;
  • Выход из строя компонентов гидравлического оборудования, питающегося от трубопровода, а не от промежуточного резервуара или ресивера.

Воздушные шлюзы (пневматические фланцевые вантузы) могут привести не только к снижению расхода воды. Когда воздух попадает в шлюз, он препятствует плавному прохождению рабочей жидкости, что приводит к снижению давления и общей эффективности действия системы. Это может определять низкую производительность приборов и приспособлений, оптимальное функционирование которых зависит от постоянного давления воды.

Многочисленные пузырьки воздуха вызывают колебания давления в трубах, что может привести к появлению внутренних напряжений в соединениях и фитингах. Эти напряжения ускоряют износ гидравлических компонентов, что приводит к утечкам потока или даже разрыву труб.

Своевременное решение проблемы повышает производительность и надёжность трубопроводов, арматуры и оборудования. Особенно, если речь идёт о промышленных трубопроводах, ремонт и восстановление которых занимает немало времени.

Виды и характеристики вантузов для трубопроводов

Воздушные вантузы российского производства относятся к фланцевой трубопроводной арматуре, и выпускаются нескольких видов соответственно техническим требованиям ГОСТ 12815-80. Они рассчитываются на эксплуатацию при следующих начальных данных:

  • Условное давление Ру, МПа – 0,1…20,0;
  • Температура рабочей жидкости, прокачиваемой по трубопроводу, 0С, не более – 600;
  • Кислотность рабочей среды, рН – 5,5…8,5;
  • Загрязнённость жидкости мелкими механическими частицами, мг/л, не более – 1,5.

Если пределы загрязнённости или мутности превышают приведенные выше, то пневматические вантузы должны эксплуатироваться совместно с очистными фильтрами.

Пневматические вантузы производят литыми из серого (ГОСТ 12817-80) или ковкого  (ГОСТ 12818-80) чугуна. Считается, что в подобных эксплуатационных условиях чугунные корпуса изделий лучше переносят возникающие деформационные усилия и дешевле в изготовлении, чем стальные вантузы.

Конкретный выбор материала определяется работоспособностью устройства и его габаритными размерами. Воздушные вантузы из серого чугуна производят для диапазона давлений от 0,1 до 1,6 МПа при условном проходе Dу 15…3000 мм (с ростом давления значения допустимого условного прохода снижаются до 2000 мм). Плунжерные клапаны с корпусом из ковкого чугуна выпускаются для Ру от 1,4 до 4,0 МПа при Dу от 15 до 80 мм.

Исполнения фланцевых участков пневматических вантузов, в зависимости от условий присоединения и конструкции уплотнительной прокладки, могут быть с выступом или шипом. Крепление изделия – болтовое, либо при помощи шпилек.

При выборе конструктивного исполнения учитывается рабочее давление в трубопроводе, которое принимается по рекомендациям ГОСТ 356-80.

Техническими условиями на изготовление пневматических вантузов оговариваются предельные значения размерных допусков (по ГОСТ 26645-85), предельные отклонения номинальных размеров, а также допуски по несоосности.

Устройство и принцип работы пневмовантуза

В зависимости от условий эксплуатации (максимально возможного перепада давлений и напоров в трубопроводе, а также изменений в температуре рабочей среды) плунжерные клапаны могут быть одно- и двухступенчатыми. Первые используют, если колебания давления рабочей среды не превышают 1 МПа, вторые – при более тяжёлых эксплуатационных условиях.

Конструкция пневматического вантуза для труб

Плунжерный клапан (пневматический вантуз для труб) состоит из следующих элементов:

  1. Чугунного корпуса цилиндрической (реже – конической) формы.
  2. Управляющих шариков: одного (для одноступенчатых конструкций) или двух. Для их изготовления используют нержавеющие или высокохромистые стали.
  3. Крепёжного фланца.
  4. Возвратной пружины.
  5. Уплотнительных прокладок, обычно изготавливаемых из фторопласта.
  6. Промывного вентиля.

Посадочное место под управляющий шарик выносится в верхнюю часть корпуса – это уменьшает вероятность загрязнения контактных поверхностей и увеличивает надёжность срабатывания. Промывной вентиль часто представляет собой отдельный узел, конструктивно соединённый с основным устройством.

При падении давления или напора в трубопроводной сети управляющий шарик, поджимаемый пружиной, поднимается и перекрывает путь перемещения рабочей среды, искусственно увеличивая давление. Возрастающий водный поток выдавливает воздушную пробку, сдвигая её по основному направлению перемещения. Давление уменьшается, и шарик под воздействием пружины опускается в первоначальное положение.

В двухступенчатых пневмовантузах количество возвратных пружин соответствует числу шариков, соответственно увеличиваются и размеры корпуса. С этой характеристикой связан выбор типоразмера пневматического вантуза: он должен приниматься с учётом объёма внутреннего пространства корпуса. Именно оно определяет то предельно возможное количество воздуха, которое скопилось в образовавшейся пробке и мешает нормальному прохождению рабочей среды по трубопроводу.

Подобным образом действуют плунжерные клапаны, предназначенные для установки в дренажных и канализационных сетях.

Правильный монтаж вантуза в трубопровод

Основное положение устройства – вертикальное; в противном случае, в зависимости от состояния чистоты рабочей жидкости, своевременное срабатывание плунжерного клапана не гарантируется.

Стандартное место монтажа устройства – узел удаления воздуха, содержащегося в магистрали, поэтому перед началом работ следует внимательно ознакомиться со схемой прокладки трубопроводов. Ранее по потоку трубу перекрывают и (после сброса давления) прикрепляют пневматический вантуз к верхней части узла удаления воздуха. При этом учитывают следующие конструктивные особенности:

  • Узел должен быть оборудован равнопроходным тройником, который выполняет функцию поглотителя воздушной пробки;
  • Переходные размеры диаметров обоих узлов должны совпадать, поскольку в противном случае не всегда целесообразно и возможно установить на выходной диаметр вантуза переходной патрубок;
  • Для регламентного технического обслуживания необходимо предусматривать вокруг места монтажа соответствующее пространство;
  • Перед началом проведения монтажных работ следует убедиться в том, что возвратная пружина находится в крайнем верхнем положении, а управляющий шарик (или шарики) плотно прижат к внутренней поверхности корпуса.

Перед запуском магистрали её испытывают на качество монтажа: не должно наблюдаться утечек и подтеканий, а сам пневматический вантуз не вибрирует.

Целесообразные места для установки плунжерных кланов сброса воздушных пробок в трубопроводных магистралях включают:

  • Верхние участки труб;
  • Продолжительные наклонные участки, длина которых превышает 400…500 м;
  • У скоростных гидравлических приводов промышленного оборудования, которое функционирует от давления в основной магистрали;
  • В местах вероятного выделения воздушных пузырьков (например, при значительных колебаниях температуры жидкости);
  • Там, где на трубопроводной линии сосредоточено несколько различных запорных элементов, высокое гидравлическое сопротивление которых провоцирует образование воздушных шлюзов.

Общие правила установки пневматических вантузов в наружных магистральных сетях определяются нормами СП 31.13330.2021.

Оставить заявку