Как работают клапана: Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

• своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
• последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

• стальная пружина;
• устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
• втулка, направляющая движение;
• посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

• минимально возможный вес;
• антикоррозийная устойчивость;
• безупречная теплоотдача клапана;
• устойчивость к высоким температурам;
• герметичность работы при контакте с седлом;
• повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
• отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
• максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

• головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
• стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

Противопожарный вентиляционный клапан: как это работает

При проектировании офисных и общественных зданий, а также производственных цехов и прочих помещений, где постоянно находятся люди, учитывают нормы противопожарной безопасности. Эти нормы предполагают специальные требования к обустройству вентиляционных систем, которые сами по себе представляют опасность – при возгорании в каком-либо из помещений пламя и ядовитые газы могут проникнуть по воздуховоду в остальные помещения. В рамках настоящей статьи поговорим о том, как функционируют противопожарные клапаны. Эти устройства выступают в роли достаточно эффективного инструмента, способного предотвратить распространение возгорания.

Описание устройства и логика его работы

Противопожарный клапан – весьма распространенное устройство, которое признается весьма эффективным при возникновении пожароопасных ситуаций, обеспечивая «пассивную» защиту здания. Устройство монтируется внутри канала воздуховода и включает заслонку, приходящую в движение благодаря механическому приводу. Эта заслонка перекрывает воздуховод или открывает канал, действие зависит от конкретной роли клапана в определенной системе.

Противопожарный клапан UVA

Вентиляционный клапан может функционировать в ручном режиме (что на сегодняшний день можно встретить нечасто) и приводится в нужное состояние оператором, отвечающим за пожарную безопасность здания, или же в автоматическом режиме. Этот режим предполагает, что клапан реагирует на сигналы, поступающие от цифрового устройства, которое обрабатывает сигналы от датчиков дыма и тепла (комплексная автоматическая система противопожарной безопасности).

Нормативные документы

Установка и эксплуатация в офисных зданиях и на предприятиях противопожарных клапанов возможна только если устройства соответствуют ряду положений следующих нормативных документов:

• СП 7.13130.2013 – о противопожарных требованиях к системам вентиляции.
• СП 60.13330.2012 – о требованиях к вентиляционным системам зданий, сооружений и строений производственного и общественного назначения.
• НПБ 241-97, ГОСТ Р 53301-2013 – об испытаниях клапанов на устойчивость к воздействию открытого пламени.

Эти нормы прописывают определение клапанов: автоматические и / или дистанционные установки, которые предназначены для экстренного и оперативного блокирования вентиляционных путей, проемов в стенах, перегородках или различных перекрытиях. В маркировке установлены пределы состояний по ограничению плотности, которые обозначены литерой «Е», и теплоизоляционной способности – литера «I». Эти же нормы устанавливают полный список предъявляемых к клапанам требований.

Примечание: в пакет тех. документации, сопровождающей каждое изделие, должен быть включен сертификат ПБ. Если требуется использовать клапаны взрывозащищенные – необходим также сертификат взрывобезопасности.

Основные разновидности клапанов

Нормы противопожарной безопасности предполагают разделение вентиляционных клапанов на следующие разновидности:

• Нормально открытый – клапанная заслонка в штатном режиме остается открытой и переходит в закрытое состояние при возгорании, препятствуя распространению пламени и ядовитых газов по воздуховоду от блокируемого помещения.
• Нормально закрытый – заслонка в штатном режиме перекрывает вентканал, а при возгорании открывается, за счет чего обеспечивается подкачка воздушных масс с улицы в помещение, которое задымлено.
• Двойного действия – при возгорании заслонка перекрывает канал, тем самым противодействуя огню, а после окончания манипуляций, связанных с тушением огня, открывается. За счет этого продукты горения беспрепятственно удаляются из помещения.
• Клапан дымоудаления – конструкционно и по принципу работы весьма похож на нормально закрытый. В данном случае заслонка при возгорании открывается, а в штатном режиме остается закрытой.

Дополнительные конструктивные отличия

По виду клапаны заслонки подразделяются на стандартные и многостворчатые. От обычных клапанов многостворчатые отличаются меньшим выносом заслонки за пределы корпуса – это является преимуществом в случае установки приспособления в местах, где можно выделить под вылет заслонки весьма небольшое пространство.

Противопожарный клапан UVS

Есть также различия по форме корпуса – устройства могут иметь в разрезе круглую или же (прямоугольную) форму. Привод может размещаться, как внутри корпуса, так и снаружи. Кроме того, клапан может быть разделен на две секции огнестойким материалом.

Типы приводов

Вне зависимости от своего назначения клапаны принято различать по виду используемого привода. Как уже отмечалось, устройства функционируют в ручном режиме или же в автоматическом, перечислим наиболее популярные их виды:

• электромеханический;
• электромагнитный;
• реверсивный;
• плавкая вставка теплового замка.

Особенности монтажа

Существуют клапаны канальные и стеновые. Стеновые оснащаются крепежным фланцем, который обеспечивает их установку на стенах (простенках капитального типа), воздуховодах, поверхностях потолка, пр. Канальные имеют по обеим сторонам фланцы, которые нужны для крепления клапана в систему трубопровода.

Устройства могут монтироваться по вертикальной, горизонтальной и наклонной плоскости, к ним должен быть обеспечен легкий доступ для обслуживания и диагностики.

Условия эксплуатации и нормы

Особенности эксплуатации противопожарных клапанов определяются государственными нормами и стандартами

Можно выделить положения, которые являются общими, независимо от конкретного типа и конструктивных особенностей клапанов:

• Диапазон температур (в штатном режиме) ограничен отметками -30 °С и +40 °С.
• При размещении клапана необходимо предусмотреть, чтобы на заслонке не конденсировалась влага и на нее не попадали атмосферные осадки.
• Недопустима работа клапанов в боксах, где в воздухе присутствуют агрессивные химические соединения в такой концентрации, что могут стать причиной коррозии, разрушения красочного слоя на поверхности или изолирующих материалов.
• Недопустима установка простых клапанов в помещения, которые по взрывобезопасности относят к категориям А и Б (для подобных условий существуют специальные модификации клапанов).

Характеристики огнестойкости

Главной характеристикой, демонстрирующей способность клапанов сопротивляться разрушению под действием пламени, является показатель огнестойкости, определяющий временной промежуток от момента начала воздействия пламени до предельного состояния. При испытаниях учитывается предельное состояние и давление в условиях закрытой заслонки.

Показатель определяет две разновидности предельных состояний клапана – таковой является потеря плотности (обозначается литерой «Е») и потеря теплоизоляции (обозначается литерой «I»). В сертификате, который сопровождает поставки оборудования, непременно должен присутствовать показатель огнестойкости, который нужно читать следующим образом:

EI 60 – означает, что клапан противопожарный может сопротивляться огню по перечисленным параметрам («Е» и «I») в течение 60 минут. Причем, условия испытания не предусматривают приоритета в этих параметрах, устройство считается вышедшим из строя по достижению одного из них. Сегодня производители выпускают противопожарные клапаны для вентиляционных систем со стойкостью к огню от 30 до 120 минут.

Ограничения по тепловым замкам

Положения п. 9.3. СНиП 2.04.05-91 говорят о том, что противопожарные клапаны (для защиты от дыма) должны быть оснащены одновременно ручным, дистанционным, а также автоматическим элементами управления. Подобные требования, предполагающие, по факту, тройное дублирование механизмов управления, вызваны повышенными требованиями к надежности клапанов при возгорании. В частности, положениям упомянутого документа соответствуют в полной мере электромеханические приводы и их разновидность – электромагнитные.

В свою очередь, возможность эксплуатации клапанов с приводами на пружинах и тепловым замком вызывает определенные вопросы. Эта разновидность устройств способна срабатывать автоматически при достижении тепловым замком заданной температуры, например, 80 °С.

Считается, что данная конструкция является недостаточно эффективной при возгорании, так как замок перекроет канал только тогда, когда пойдет нагретый дым, который будет сообщать механизму требуемую для срабатывания температуру. И вплоть до этого момента более холодный дым с температурой до 60-70 °С, неспособный в достаточной степени нагреть тепловой замок, будет беспрепятственно проходить в вентиляцию, проникая в смежные помещения. Что, в свою очередь, будет наносить вред людям, которые на тот момент окажутся в помещении.

Клапаны электроприводные, напротив, способны по сигналу, поступившему от цифрового устройства, в начале пожара немедленно перекрыть воздуховодный канал и не позволить продуктам сгорания разойтись по всей вентиляции. В случае электроприводных клапанов действует термодатчик, играющий роль дублирующего механизма управления, который обеспечит срабатывание даже при выходе из строя противопожарной автоматики.

Скорость срабатывания клапана

Поскольку клапаны, в случае возникновения пожароопасной ситуации, должны в помещениях здания перекрываться одновременно, единственным приемлемым способом организации управления ими можно считать использование единовременного дистанционного (автоматического) сигнала. Этот сигнал должен быть подан после того, как вентиляционная система отключена полностью (или тот ее сегмент, продолжение работы которого представляет опасность).

Электромеханические приводы, которые чаще всего монтируются на противопожарные клапаны, это устройства с возвратной пружиной способные продолжительное время функционировать при повышенной температуре. Должный уровень надежности подобных устройств обеспечивается благодаря скорости, с которой пружина способна закрыть заслонку и перекрыть канал.

Сегодня отсутствуют какие-либо регламенты относительно времени срабатывания клапанов. Однако испытания различных устройств наглядно демонстрируют преимущества электроприводных клапанов – время полного перехода заслонки в открытое состояние составляет примерно 2 секунды, тогда как электромеханические приводы закрывают заслонку клапана за 10 секунд. С другой стороны, последние также нельзя назвать недостаточно эффективными, так как и этой скорости вполне хватает для эффективной противопожарной защиты.

МОТОРНЫЙ КЛАПАН | Yenmak Engine Parts

МОТОРНЫЙ КЛАПАН

Клапан регулирует потоки рабочего тела, поступающего и выходящего из цилиндра, благодаря пружине вертикально поднимаясь и опускаясь. Клапан в двигателях внутреннего сгорания регулирует прохождение газа или жидкого топлива в трубопроводных системах. Регулирует топливовоздушную смесь в двигателях или только заборвоздуха в двигатель. Клапаны, используемые в автомобилях, управляют впуском и выпуском топлива и воздуха двигателя с помощью их коммутирующих движений. Топливовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя когда впускной клапан открыт.Выхлопные газы, образующиеся после того, как топливовоздушная смесь выгорает, удаляются из двигателя когда открыт выпускной клапан. Когда оба клапана закрыты, обеспечивается герметичность цилиндра и происходит горение в камере.

Газ, образующийся после этого сгорания, выходит через выпускной клапан.

Клапаны являются деталями, подверженными высокой термической и механической нагрузке, а также коррозийным воздействиям. Механическая нагрузка возникает вследствие прогиба головки клапана под максимальным давлением цикла и посадки при закрывании (ударная нагрузка).

Благодаря соответствующей конструкции, например, толщине и форме головки клапана, а также выбору подходящего материала эти нагрузки сводятся к допустимому уровню. Кроме того, выпускной клапан во время открывания дополнительно нагревается за счет проходящих вокруг него горячих выхлопных газов. Когда клапаны открыты, выпускной клапан также подвергается воздействию тепла с выхлопными газами во время выпуска.

Охлаждение клапанов осуществляется, прежде всего, путем отвода тепла через кольцо седла клапана в головку блока цилиндров. Меньшая часть тепла отводится через направляющую клапана к головке блока цилиндров. Впускные клапаны достигают температуры примерно от 300 °C до 550 °C, выпускные клапаны могут нагреваться до 1.000 °C.

Рабочая Среда

Из-за высоких температур в рабочей среде, где работают клапаны, наблюдается их удлинение. Чтобы устранить эту проблему, клапаны размещаются на двигателе с определенной настройкой. Хотя этот параметр варьируется для каждого двигателя, его логика одинакова. При размещении клапана в двигателе остается определенный зазор относительно двигателя.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

В данной статье мы расскажем об устройстве двигателя, его компонентах, о том, как они работают вместе, какие могут возникнуть неполадки и как увеличить производительность.

 
Содержание статьи
 

1. Введение
2. Внутреннее сгорание
3. Устройство двигателя
4. Неполадки двигателя
5. Клапанный механизм и система зажигания двигателя
6. Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
7. Читайте также » Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
8. Увеличение мощности двигателя
9. Часто задаваемые вопросы по двигателям
10. Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
11. Узнать больше
12. Читайте также Статьи про все типы двигателей

 
 
Бензиновый автомобильный двигатель предназначен для преобразования энергии бензинового топлива для движения автомобиля. В настоящий момент самым простым способом привести автомобиль в движение является сгорание бензина в двигателе. В связи с тем, что двигатель автомобиля является двигателем внутреннего сгорания, сгорание топлива происходит внутри двигателя.
 
На заметку:
 

• Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
• Также существуют и двигатели внешнего сгорания. Паровые двигатели в поездах старого образца и пароходах являются наглядным примером двигателей внешнего сгорания. В паровых двигателях топливо (уголь, дрова, масло и т.д.) сгорает вне двигателя для получения пара, который уже приводит двигатель в движение. Внутреннее сгорание является более эффективным (расход топлива на 1км значительно ниже) чем внешнее сгорание, помимо этого размеры двигателей внутреннего сгорания намного меньше двигателей внешнего сгорания. Именно поэтому нам не встречаются автомобили Ford или GM на паровых двигателях.

 
Внутреннее сгорание
 
Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если поместить небольшой объем высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшой закрытый сосуд и воспламенить, то в результате высвободится огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Этой энергии хватит для запуска картофелины на 1510м. В данном случае энергия используется для движения картофелины. Данную энергию можно использовать в более интересных целях. Например, если у Вас получится создать цикл, который позволит производить взрывы с частотой несколько сотен раз в минуту, и если Вам удастся эффективно использовать данную энергию, то Вы получите основную часть автомобильного двигателя!
 

 

Рисунок 1
 
На сегодняшний день практически во всех автомобилях используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования энергии топлива в механическую энергию. Четырехтактный принцип работы также называют Цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867г. Все четыре такта представлены на рисунке 1. Эти такты:

 

• Такт впуска
• Такт сжатия
• Рабочий такт
• Такт выпуска

 
На рисунке видно, что в картофельной пушке картофелина заменена устройством, которое называется поршень. При помощи шатуна поршень соединяется с коленчатым валом. При вращении коленвала создается эффект «перезарядки пушки». Во время цикла в двигателе происходят следующие процессы:
 

1. Поршень начинает движение сверху, впускной клапан открывается, поршень движется вниз для наполнения цилиндра воздухом и бензином. Это такт впуска. На данном этапе для смеси топлива и воздуха требуется лишь небольшое количество бензина. (Часть 1 рисунка)
2. Затем поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь.
   Сжатие способствует более мощному взрыву. (Часть 2 рисунка)
3. Как только поршень достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет топливо. Происходит взрыв бензина, при этом поршень движется вниз. (Часть 3 рисунка)
4. Как только поршень достигает нижней точки хода, открывается выпускной клапан для вывода продуктов сгорания по выхлопной трубе. (Часть 4 рисунка)

 
Теперь двигатель готов к началу следующего цикла, происходит впуск топлива и воздуха.
Обратите внимание, что движение, получаемое в результате работы двигателя внутреннего сгорания, является вращательным, в то время как движение, производимое картофельной пушкой — линейное (прямая линия). В двигателе линейное движение поршней переводится во вращательное движение при помощи коленвала. Вращательное движение идеально подходит для вращения колес автомобиля.
 
В следующем разделе мы предлагаем рассмотреть детали, которые обеспечивают работу двигателя, начиная с цилиндров.

 
 
Устройство двигателя
 
Цилиндр является самой важной частью двигателя, поршень совершает поступательные движения в цилиндре. Вышеописанный двигатель имеет один цилиндр. Такой двигатель типичен для газонокосилок, однако в автомобильные двигатели имеют более одного цилиндра (обычно четыре, шесть или восемь). В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены в одном из трех порядков: линейно, V-образно или оппозитно (т.н. двигатель с горизонтальными противолежащими цилиндрами или оппозитный двигатель).
 

Рисунок 2. Линейное расположение — Цилиндры расположены линейно в один ряд.
 

Рисунок 3. V-образное — Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу.

 

Рисунок 4. Оппозитное — Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя.
 
Говоря об управляемости, затратах на производство и характеристиках формы, необходимо отметить, что различные конфигурации имеют свои преимущества и недостатки. Благодаря этим преимуществам и недостаткам определенные типы двигателей подходят для определенных автомобилей.
 
Давайте более подробно рассмотрим основные детали двигателя.
 
Свеча зажигания
Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания. Для правильной работы двигателя искра должна подаваться в строго определенный момент.
 
Клапаны
Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и воздуха и выпуска выхлопа. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время тактов сжатия и сгорания для обеспечения герметичности камеры сгорания.
 
Поршень
Поршень — это металлическая деталь цилиндрической формы, которая движется вверх и вниз внутри цилиндра.
 
Поршневые кольца
Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Кольца используются для двух целей:
 

• Они препятствуют попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта.
• Они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания, где оно может сгореть.

 
Большинство автомобилей, которые «жгут масло» и требуют его добавления каждые 1000 км, имеют старые двигатели, поршневые кольца которых уже не могут обеспечивать надлежащее уплотнение.
 
Шатун
Шатун соединяет поршень и коленвал. Он может вращаться с обеих сторон для изменения угла во время движения поршня и вращения коленвала.
 
Коленвал
Коленвал преобразует поступательное движение поршней во вращательное как рычаг «чертика из табакерки».
 
Картер
Картер окружает коленвал. В нем находится некоторое количество масла, которое собирается в нижней части картера (поддоне картера).
 
Далее мы узнаем о неполадках двигателя.

 

 
Неполадки двигателя
 
Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится… Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на «большой тройке». Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:
 
Плохая топливная смесь — Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:
 

• У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
• У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
• Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
• Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.

 
Недостаточная компрессия — Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:
 

• Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
• Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
• В цилиндре имеются повреждения.

 
Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.
 
Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта
 
Отсутствие искры — Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:
 

• При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
• При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
• Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.

 
Могут возникнуть и другие неполадки. Например:
 

• Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
• Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
• Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
• Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
• Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
• В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.

 
Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

 
 
Клапанный механизм и система зажигания двигателя
 
Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.
 
Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.
 

Рисунок 5. Распредвал
 
В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана. Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название «двухраспредвальный вид головки». Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает распредвал».
 
Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает автомобильная система зажигания».
 

 

Рисунок 6. Система зажигания
 
В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

 
 
Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
 
В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения
 
Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т. е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

 
Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает турбокомпрессор».
 
Увеличение мощности двигателя — это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:
 

• Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
• Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
• Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
• А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т. д.

 
В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера — это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.
 
В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

 
Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
 
Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.
 

• При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
• В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).

 
Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».
 
Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.
 

Выхлопная система автомобиля Porsche 911
 
Теперь, когда Вы уже кое-что знаете о том, что заливается в автомобиль, давайте рассмотрим, что же из него выходит. Выхлопная система состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если глушитель не установлен, то Вы сможете услышать звуки тысяч небольших взрывов, доносящихся из выхлопной трубы. Глушитель заглушает эти звуки. Выхлопная система также включает в себя и каталитический дожигатель выхлопных газов. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает каталитический дожигатель выхлопных газов».
 
В большинстве современных автомобилей система понижения токсичности выхлопа состоит из каталитического дожигателя выхлопных газов, и набора датчиков и приводов и компьютера, который отслеживает и регулирует происходящие процессы. Например, каталитический дожигатель использует катализатор и кислород для сжигания неотработанного топлива и некоторых других химических веществ, содержащихся в выхлопе. Датчик кислорода отвечает за количество кислорода в выхлопе, достаточное для работы катализатора, при необходимости датчик производит дополнительную регулировку.
 
Что еще помимо бензина питает Ваш автомобиль? Электросистема состоит из аккумулятора и генератора. Генератор соединяется с двигателем при помощи ремня и генерирует ток для зарядки аккумулятора. Аккумулятор подает 12 вольт на все системы, которым требуется электропитание (система зажигания, радио, фары, стеклоочистители, электрические стеклоподъёмники и сиденья с электрическим приводом регулировки, компьютеры и т.д.).
 
Теперь, когда Вы все узнали про подсистемы двигателя, мы расскажем о том, как увеличить мощность двигателя.

 
 
Увеличение мощности двигателя
 
Прочитав данную статью, Вы увидите, что существует множество способов увеличения показателей Вашего двигателя. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со следующими параметрами для увеличения мощности двигателя или снижения расхода топлива.
 
Увеличение рабочего объема — Большой рабочий объем способствует увеличению мощности, т.к. при каждом обороте двигателя сгорает больше топлива. Увеличить рабочий объем можно, установив большие или дополнительные цилиндры. Практика показывает, что не имеет смысла устанавливать более 12 цилиндров.
 
Увеличение степени сжатия — Увеличение степени сжатия способствует увеличению мощности. Однако, чем сильнее происходит сжатие топливно-воздушной смеси, тем выше вероятность ее самовозгорания (еще до срабатывания свечи зажигания). Высокооктановый бензин предотвращает раннее сгорание топлива. Именно по этой причине мощные автомобили необходимо заправлять высокооктановым бензином — в их двигателях используется более высокая степень сжатия для увеличения мощности.
Увеличение объема подаваемой смеси — При увеличении подачи воздуха (и, соответственно, топлива), не изменяя размер цилиндра, можно увеличить мощность (точно также, как при увеличении размера цилиндра). Турбокомпрессоры и компрессоры наддува повышают давление поступающего воздуха, благодаря чему в цилиндр можно подать больше воздуха. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает турбокомпрессор».
 
Охлаждение поступающего воздуха — При сжатии воздуха, его температура повышается. Поэтому лучше обеспечивать подачу более холодного воздуха в цилиндр, т.к. чем выше температура воздуха, тем меньше его расширение при сгорании. По этой причине во многих двигателях с наддувом и турбонаддувом используются охладители воздуха. Охладитель воздуха — это специальный радиатор, по которому сжатый воздух проходит для охлаждения перед подачей в цилиндр. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».
 
Облегчение подачи воздуха  — При движении поршня вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух впускных клапанов на каждый цилиндр. В некоторых современных автомобилях используются полированные впускные коллекторы для снижения сопротивления воздуха. Установка больших воздушных фильтров также может улучшить подачу воздуха.
 
Облегчение выпуска выхлопа — При выпуске выхлопа из цилиндра, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух выпускных клапанов на каждый цилиндр (автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на каждый цилиндр, что увеличивает мощность двигателя — когда Вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у него 4 цилиндра и 16 клапанов, это означает, что в двигателе установлено по четыре клапана на каждый цилиндр). Если выхлопная труба слишком узкая или сопротивление воздуха в глушителе слишком высокое, то это может создать противодавление, что также снизит мощность. В высокоэффективных выхлопных системах используются выпускные коллекторы, широкие выхлопные трубы и глушители для предотвращения образования противодавления в выхлопной системе. Поэтому, когда Вы слышите, что в автомобиле установлена «раздельная система выпуска», это значит, что для улучшения выпуска отработанных газов используется две выхлопных трубы вместо одной.
 
Снижение массы — Чем легче детали, тем эффективнее работает двигатель. Каждый раз, когда поршень меняет направления движения, он затрачивает энергию на то, чтобы прекратить движение в одну сторону и начать в другую. Чем легче поршень, тем меньше энергии ему требуется.
 
Впрыск топлива — Система впрыска топлива обеспечивает очень точное дозирование топлива для каждого цилиндра. Благодаря этому увеличивается мощность и снижается расход топлива. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».
 
  
Часто задаваемые вопросы по двигателям
 
Ниже приведены наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей, а также ответы на них:
 

• Чем отличаются бензиновые и дизельные двигатели? В дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания. Дизельное топливо подается в цилиндр, возгорание происходит под действием тепла и давления во время такта сжатия. Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина, поэтому дизельный двигатель рассчитан на больший пробег. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает дизельный двигатель».

 

• Чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? В большинстве бензопил и лодочных моторов используются двухтактные двигатели. В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны, а свеча зажигания дает искру каждый раз, когда поршень находится в верхней точке хода. Через отверстие в нижней части стенки цилиндра происходит впуск топлива и воздуха. Когда поршень движется вверх, сжимая смесь, свеча зажигания дает искру для начала процесса сгорания, отработанные газы выходят через другое отверстие в стенке цилиндра. В двухтактных двигателях необходимо смешивать масло с бензином, т.к. отверстия в стенках цилиндров не допускают использование уплотнительных колец для герметизации камеры сгорания. В общем, двухтактные двигатели являются достаточно мощными для своих размеров, т.к. в них на один поворот двигателя происходит в два раза больше циклов сгорания. Однако, двухтактный двигатель расходует больше бензина и сжигает большое количество масла, соответственно, он наносит больший вред экологии. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает двухтактный двигатель».

 

• В этой статье Вы упоминали паровые двигатели — существуют ли какие-либо преимущества паровых двигателей или других двигателей внешнего сгорания? Единственное преимущество паровых двигателей заключается в том, что в качестве топлива можно использовать все, что горит. Например, в паровом двигателе в качестве топлива можно использовать уголь, газеты, дрова, в то время как для работы двигателя внутреннего сгорания требуется очищенное высококачественное жидкое или газообразное топливо. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает паровой двигатель».

 

• Используются ли в автомобильных двигателях какие-либо другие циклы помимо цикла Отто? Как говорилось ранее, в двухтактных и дизельных двигателях используются другие циклы работы. В двигателе автомобиля Mazda Millenia используется модифицированный цикл Отто, который называется цикл Миллера. В газотурбинных двигателях используется цикл Брайтона. В дизельных ротационных двигателях Ванкеля используется цикл Отто, однако он происходит совершенно по-другому в отличие от четырехтактных поршневых двигателей.

 

• Зачем нужно устанавливать восемь цилиндров? Почему нельзя установить один большой цилиндр с таким же рабочим объемом, как у восьми цилиндров? По ряду причин в 4.0л двигателе используется восемь цилиндров объемом пол-литра каждый, а не один большой 4-литровый цилиндр. Основная причина — это равномерность работы. V-образный восьмицилиндровый двигатель работает более равномерно, т. к. в нем происходит восемь взрывов с равными интервалами вместо одного сильного взрыва. Другая причина — это начальный крутящий момент. Когда Вы заводите V-образный восьмицилиндровый двигатель, Вам необходимы только два цилиндра (1л) во время их тактов сжатия, если использовать один большой цилиндр, то придется производить сжатие 4 литров.

 
Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
 
Количество цилиндров в двигателе играет важную роль в его мощности. Каждый цилиндр имеет поршень, который движется внутри него, эти поршни соединены с коленвалом и вращают его. Чем больше используется поршней, тем больше происходит сгораний топлива в определенный момент времени. Это означает, что за меньшее время может быть выработано больше мощности.
 
4-цилиндровые двигатели обычно имеют «прямое» или «линейное» расположение цилиндров, в то время как в 6-цилиндровых двигателях используется более компактное V-образное расположение, поэтому они и называются V-образные 6-цилиндровые двигатели. Американские производители автомобилей остановили свой выбор на V-образных 6-цилиндровых двигателях, т.к. являются более мощными и тихими, оставаясь при этом достаточно легкими и компактными для установки в автомобили.
 

4-цилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров автомобиля Lotus Elise
 
Исторически сложилось так, что американские автовладельцы отвернулись от 4-цилиндровых двигателей, считая их медленными, слабыми, работающими неравномерно и дающими слабое ускорение. Однако, когда такие японские производители автомобилей, как Honda и Toyota стали устанавливать мощные 4-цилиндровые двигатели в 1980-х и 90-х, американцы по достоинству оценили эти компактные двигатели. Даже, несмотря на то, что такие японские автомобили, как Toyota Camry имели огромный успех по сравнению с  аналогичными моделями американских производителей, в США продолжался выпуск автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями, т.к. считалось, что американцам необходимы мощные автомобили. На сегодняшний день, в связи с ростом цен на бензин и обострившейся экологической ситуацией, Детройт переходит на 4-цилиндровые двигатели благодаря их низкому расходу топлива и меньшим выбросам в атмосферу.
 

3,8л V-образный 6-цилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Nissan GT-R.
 
Что касается будущего 6-цилиндровых двигателей, то за последние годы были максимально устранены различия между 4-цилиндровыми и 6-цилиндровыми двигателями. Для того, чтобы соответствовать требованиям низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов, производители приложили много усилий по улучшению работы 6-цилиндровых двигателей. Большинство современных автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями соответствуют стандартам расхода топлива уровня выхлопов, установленных для компактных 4-цилиндровых двигателей. Таким образом, различия в эффективности и мощности этих двух типов двигателей ослабевают, и принятие решения о покупке 4-цилиндрового или 6-цилиндрового двигателя сводится к их стоимости. Что касается моделей автомобильных, доступных с обоими типами двигателей, конфигурация с 4-цилиндровым двигателем стоит дешевле до $1000 по сравнению с 6-цилиндровым. Таким образом, независимо от мощности автомобиля, 4-цилиндровый двигатель поможет Вам сэкономить.
 
И, напоследок: Не стоит пытаться установить 6-цилиндровый двигатель на автомобиль, в котором изначально стоял 4-цилиндровый. Переоборудование автомобиля с 4-цилиндровым двигателем для установки 6-цилиндрового может обойтись Вам дороже, чем покупка нового автомобиля.
 
 
Источник:  https://auto.howstuffworks.com/

Как работает двигатель внутреннего сгорания — Mafin Media

Ко всем статьям 13 августа 2021

Читатели Mafin Media уже знакомы с типами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и запросто отличат VR-образную «шестерку» от рядной «четверки» и вспомнят о недостатках и преимуществах роторно-поршневого двигателя. В новом материале расскажем простыми словами, как устроено «автомобильное сердце».

Механические самоходные транспортные средства активно разрабатывались еще в XVIII веке. Но именно в 1880-х годах немецкие конструкторы Готтлиб Даймлер и Карл Бенц установили первые бензиновые двигатели на мотоцикл и трехколесную коляску. Самоходный экипаж Бенца приводился в движение одноцилиндровым мотором мощностью 1,5 л. с. (традиционно мощность принято измерять в лошадиных силах и киловаттах). За почти полтора столетия «самоходной» истории принцип работы ДВС кардинально не изменился: колеса приводятся в движение механической энергией, получаемой благодаря сгоранию топливно-воздушной смеси внутри двигателя.

«Коктейль» для двигателя

Топливно-воздушная смесь — это «коктейль» из собственно топлива и воздуха. Для бензинового двигателя рабочее соотношение в среднем составляет 1 к 15, то есть 1 единица топлива и 15 единиц воздуха. Если добавить больше горючего (обогатить смесь), пострадает экономичность, если меньше (обеднить) — мощность. Со слишком обедненной или обогащенной смесью мотор вообще может отказываться заводиться.

Готовиться смесь может по-разному. В устаревших карбюраторных двигателях горючее «готовится» в отдельном механизме авто — карбюраторе. После смешивания воздуха с топливом смесь подается в двигатель и там сгорает. У карбюраторных моторов много минусов, а их ремонтопригодность сегодня уже не так востребованна. Поэтому самые популярные системы подачи топлива — инжекторные (от англ. inject — впрыскивать). В зависимости от конструкции мотора топливо подается либо во впускной коллектор — трубопровод, через который авто получает воздух из окружающей среды, — либо напрямую в цилиндры. Подобные решения сложнее, но позволяют экономить топливо и снижать количество вредных выбросов в атмосферу. Основная деталь инжекторного впрыска — форсунка. Именно она впрыскивает топливо:.

Компоненты двигателя: где и как сгорает смесь

Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).

Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания.

Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.

Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:

В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами. Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.

! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.

Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:

Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными.

Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.

Рассмотрим цилиндр в разрезе:

Четыре такта

Любой двигатель функционирует согласно циклу, состоящему из нескольких тактов, то есть ходов (движений) поршня. Большинство автомобильных моторов — четырехтактные.

Рассмотрим такты бензинового двигателя:

1. Впуск: открывается впускной клапан, в камеру сгорания попадает топливно-воздушная смесь, а поршень идет вниз.
2. Сжатие: оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая и нагревая смесь.
3. Рабочий ход: оба клапана закрыты, под действием электрической искры от свечи зажигания сжатая и разогретая топливно-воздушная смесь воспламеняется, образовавшиеся при этом газы толкают поршень вниз.
4. Выпуск: выпускной клапан открыт, поршень идет вверх, выталкивая отработанные газы в сторону выхлопной трубы.

После этого цикл повторяется. У дизельного двигателя вместо свечи установлена форсунка, и смесь воспламеняется не при помощи искры, а от сжатия — впрыска дизельного топлива через форсунку под большим давлением. Впускной клапан при этом подает в камеру сгорания только воздух. Кстати, в некоторых современных бензиновых моторах форсунка тоже впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр.

А как запускается первый такт?

Каждый автомобиль обладает набором бортовой электроники — проводов, аккумулятора, стартера и т.  д. Аккумулятор за время поездок накапливает достаточно энергии, чтобы при помощи специального механизма — стартера — раскрутить коленвал и завести мотор.

И что дальше?

Мощность от двигателя к колесам передается с помощью коробки передач, редуктора и приводных валов. Если мотор соединить с колесами напрямую, автомобиль после запуска начнет движение на одной-единственной передаче, с небольшой скоростью, а после торможения сразу заглохнет. Об этих передачах и о типах коробок (автоматах, вариаторах, механиках и т. д.) Mafin Media расскажет в следующем материале.

Особенности приточного клапана на пластиковое окно

Популярность пластиковых окон обусловлена их герметичностью, отличной шумо- и теплоизоляцией. Эти качества очень важны для подержания в помещении комфортной температуры и создания благоприятной обстановки для работы и отдыха. Но вместе с этим, пластиковые окна могут стать причиной образования конденсата, который приводит к увеличению влажности в комнатах. Это в свою очередь негативно сказывается на здоровье людей и долговечности отделочных материалов. Оптимальным решением данной проблемы станет установка приточного клапана на пластиковые окна.

Назначение и эффективность приточного клапана

Установка пластикового окна ухудшает естественную циркуляцию воздуха. В помещение поступает недостаточно кислорода, а углекислому газу и парам влаги некуда выйти, что приводит к:

• образованию конденсата на окнах и откосах;
• росту плесени;
• появлению неприятных запахов;
• развитию заболеваний дыхательной системы.

Установка приточного клапана на окно помогает проветривать помещение без образования сквозняков и сильных теплопотерь, как бывает в случае с открытыми створками. Циркуляции воздуха через отверстия этого устройства достаточно, чтобы поддержать в жилом или офисном пространстве благоприятный микроклимат и оптимальный уровень влажности.

Благодаря оконному клапану ПВХ конструкции проявляют себя максимально эффективно. Тепло из помещений не будет уходить сквозь щели, но при этом воздух всегда будет оставаться чистым и свежим.

Существует несколько важных условий, при которых можно рассчитывать на положительный результат от работы оконного приточного клапана:

• исправно функционирующая вытяжка;
• температура воздуха на улице не выше +5ͦС;
• между помещениями должен присутствовать естественный воздухообмен, который возможен при открытых дверях или при наличии промежутка от пола до нижнего края полотна не менее 1 см;
• входная дверь герметична.

Конструкция приточного клапана

Наиболее популярные в быту приточные клапаны на пластиковые окна из следующих элементов:

• Воздухозаборник. Исходя из названия становится ясно, что функция этого узла – прием чистого воздуха с улицы. Он располагается за пределами помещения с наружной стороны пластиковой рамы;
• Козырек для воздухозаборника. Необходим для того, чтобы в отверстия этого элемента не попадали осадки, грязь и пыль;
• Телескопический канал, по которому воздух проникает внутрь помещения. Представляет собой трубку, которая фрезеруется в пластиковый корпус окна и фиксируется специальной гильзой;
• Внутренний узел, который необходим для запуска воздуха в помещение. Он комплектуется выпускной форсункой, фильтрующим элементом, регулятором. Монтируется с внутренней стороны рамы.

Как работает приточный клапан

Принцип работы, устроенного по такой схеме оконного клапана, заключается в том, что чистый уличный воздух засасывается в помещение, а углекислый газ и теплый воздух выдавливаются из него через вентиляционные отверстия под воздействием разниц давления. Именно поэтому естественная работа вентиляционного клапана для пластиковых окон возможна только при температуре воздуха на улице не выше +5ͦС. При более высоких показателях необходимая разница в давлении не возникает, поэтому клапан на окно функционирует только принудительно. Да и необходимость в нем снижается, так как можно просто открыть окно без ущерба комфорту в помещении.

Особенности монтажа

Эффективность работы вентиляционного клапана для пластиковых окон также зависит от грамотно выполненной установки. Монтаж совсем не сложный, но все же он требует проведения четких манипуляций. Например, схема установки щелевого клапана вентиляции на пластиковые окна выглядит следующим образом:

• удаление кусочка уплотнителя на раме и створке окна, в том месте, где будет фиксироваться агрегат;
• приклеивание нового, более тонкого уплотнителя;
• фиксация самого клапана поверх нового уплотнителя.

Также оконный приточный клапан можно установить другим образом. Из рамы достается старый стеклопакет и на его место устанавливается новый элемент меньшего размера. Образовавшуюся щель заполняет приточная вентиляция для пластиковых окон. Этот метод более затратный и уместен, когда возникает необходимость в замене всей оконной конструкции или только стеклопакетов.

Особенности, достоинства и недостатки приточных вентиляционных устройств

Изучив вышеизложенную информацию, можно сделать вывод об особенностях, плюсах и минусах клапана проветривания для пластиковых окон.

Из достоинств пользователи и специалисты выделяют следующие качества:

• если установка приточного клапана на окно осуществляется непосредственно в раму, то количество солнечного света, проникающего в помещение, остается неизменным;
• клапан обеспечивает постоянный приток свежего воздуха в том объеме, который необходим для поддержания благоприятного микроклимата в жилом, офисном и другом пространстве;
• излишняя влажность снижается за счет равномерного поступления в помещение сухого свежего воздуха;
• в зимнее время можно отказаться от проветривания при помощи открытых окон, что исключит появление сквозняков и снизит теплопотери;
• устройство работает беззвучно и не пропускает в помещение шум с улицы;
• работу клапана на окно можно регулировать самостоятельно или автоматически;
• монтаж клапана на окно ПВХ под силу даже людям без должного опыта, он прост и не отнимает много времени;
• Легкостью отличается и процесс эксплуатации, чтобы использовать клапан не нужно читать инструкцию или изучать дополнительную информацию.

Существуют у клапана на пластиковое окно и незначительные минусы:

• шумоизолирующие свойства конструкций ПВХ хоть и незначительно, но все же снижаются;
• хороший клапан на окна для вентиляции обойдется недешево, особенно если выбрать модель с автоматическим регулятором;
• иногда установки одного клапана на окно ПВХ недостаточно для обеспечения притока чистого воздуха в нужном объеме, поэтому для эффективности системы придется покупать и устанавливать несколько таких устройств;
• в сильные морозы от — 25ͦС возможно образование инея в верхней части клапана.

Сравнительная таблица двух способов вентилирования помещения.

	Приточный клапан	Проветривание при помощи открытой створки
Комфорт	Проветривание происходит без образования сквозняков, теплопотерь и снижения шумоизоляции	Зимой в помещении сразу становится холодно, тепло уходит в открытые створки и слышен весь шум с улицы
Безопасность	Во время проветривания не нужно переживать, что недоброжелатель проникнет в окно.	Дополнительная возможность незаконного проникновения для злоумышленников. Таким образом проветривать помещение можно только при личном присутствии.
Эффективность	Приточная вентиляция для пластиковых окон работает непрерывно, поэтому все недостатки конструкций ПВХ сводятся к нулю. В помещении всегда присутствует свежий и чистый воздух, отсутствует конденсат на окнах.	В зимнее время эффективность от обычного проветривания очень мала, так как свежий воздух поступает в помещение не постоянно, а этого недостаточно для поддержания здорового микроклимата.

Мнение о приточных вентиляционных клапанах можно составить на основании вышеперечисленных особенностей и таблицы, в которой этот агрегат сравнивается с традиционным способом проветривания по трем важным потребительским параметрам.

Разновидности приточных клапанов

Современные производители предлагают большой выбор вентиляционных клапанов на окна ПВХ. Их можно разделить на несколько категорий на основании таких критериев, как:

• материал изготовления;
• способ регулировки воздушного потока;
• способ поступления воздуха в помещение.

В первой группе выделяют пластиковые, металлические или деревянные клапаны на окно для приточной вентиляции. По способу управления такие агрегаты бывают механические и автоматические. В первых образцах приток свежего воздуха нужно регулировать самостоятельно при помощи специальной шторки. Сделать это не так уж просто, придется поэкспериментировать с уровнем открытия и закрытия завесы. Автоматические модели клапанов на пластиковое окно просты в управлении, их не нужно настраивать и регулировать. Устройство самостоятельно откроет вентиляционные отверстия, когда в помещении будет достигнут предельный уровень рекомендуемой влажности.

По способу поступления свежего воздуха в помещение выделяют клапаны на окна ПВХ:

• Фальцевые. Самый доступный вариант, но характеризуется низкой пропускной способностью. Холодный воздух проникает в помещение через отверстия, вырезанные в раме. Звукоизоляция остается на высоком уровне, монтаж осуществляется быстро и без серьезных вмешательств в конструкцию окна;
• Щелевые. Наиболее распространенные модели. вентиляция происходит за счет движения воздуха сквозь специальный канал, который проходит в раме окна. Имеет воздухозаборник и регулирующий узел. Также устанавливается без демонтажа окна, обладает высокой пропускной способностью;
• Накладные. Такие клапаны проветривания для пластиковых окон применяют чаще всего в производственных помещениях. Это обосновано высокой эффективностью в плане вентиляции и снижением уровня тепло- и шумоизоляции. Для его установки требуется демонтаж оконной конструкции.

Как выбрать подходящий приточный клапан

При выборе вентиляционного клапана на окна ПВХ необходимо учитывать ряд технических характеристик устройства и бюджет на покупку. Хороший агрегат должен работать на приток воздуха в объеме не менее 30м3/час из расчета на одного человека. Также он должен обеспечивать в помещении минимальный уровень шума в пределах 35 дБ. Комфорт в процессе эксплуатации зависит во многом от способа регулировки потока воздуха. Автоматический клапан на окна ПВХ в этом плане более удобен.

Такие устройства выпускают бренды из Германии, Польши, Британии и России. Более дорогими и технически сложными являются импортные клапаны на окна для вентиляции. Российские же заводы предлагают доступные образцы как механические, так и автоматические. Поэтому если есть цель сэкономить – присмотритесь к отечественным маркам.

Где купить качественный приточный клапан

Если вы решили купить клапан на окно для приточной вентиляции, определись примерно с моделью и бюджетом, но не знаете, где его приобрести, то мы предлагаем изучить ассортимент нашего интернет-магазина. В каталоге представлены устройства от ведущих отечественных и зарубежных брендов с подробным описанием и актуальными ценами. Мы работаем с покупателями из Москвы и регионов, готовы предоставить каждому клиенту профессиональную консультацию и предложить на выбор удобные способы оплаты заказанного товара.

Находим плюсы индивидуального управления клапанами — ДРАЙВ

Авторы системы говорят, что с её помощью можно модернизировать уже выпускаемые двигатели. Да, придётся изменить головку блока, но это намного проще, чем разрабатывать весь мотор полностью с нуля.

О пользе изменения фаз газораспределения ДВС на впуске и (или) выпуске мы рассказывали ещё одиннадцать лет назад. Ныне такие моторы — обычное дело. Иногда они дополняются устройством, меняющим высоту подъёма клапана. И всё же полной свободы регулирования там нет. Ведь «умные» актуаторы действуют не на сами клапаны, а сдвигают на несколько градусов распредвалы, вращение которых связано с поворотом коленчатого вала. Либо такие системы переводят работу клапана с одного кулачка на другой, с иным профилем. Избавить регулировку фаз от каких-либо ограничений позволяет другая технология: Intelligent Valve Actuation (IVA) от британской компании Camcon Auto.

Так выглядит механизм IVA для одного цилиндра. На каждый клапан (в данном примере их четыре) — свой мини-распредвал, поворачиваемый на любой желаемый угол электромотором, плюс свой механизм связи кулачок–клапан.

В таком интеллектуальном актуаторе распредвал, персональный для каждого клапана, не крутится постоянно, а поворачивается только в момент, когда клапан надо открыть или закрыть. Причём поворот идёт сначала в одну сторону, а потом в другую. Кулачок с клапаном связывает десмодромный механизм. То есть обратный ход осуществляется не за счёт пружины, а, опять же, жёстко управляется распредвалом. Клапан можно открыть намного быстрее, чем в обычном ДВС, затем оставить практически неподвижным, потом закрыть. Можно заставить его открыться дважды за один ход поршня. Или одним софтом поменять порядок зажигания в цилиндрах. Ещё можно задать персональный профиль подъёма и опускания для каждого цилиндра и в любой момент его изменить.

Система работает с моторами, чей рабочий диапазон — до 6500 об/мин. Полный подъём клапана происходит за пять миллисекунд.

Обычный ДВС с технологией IVA может по желанию программистов реализовывать какой угодно термодинамический цикл — хоть Отто, хоть Миллера/Аткинсона, хоть с воспламенением от сжатия HCCI, хоть его маздовскую версию SCCI. Такой мотор можно простой заменой программы переводить с четырёхтактного цикла на двухтактный или даже на сверхэкономичный 12-тактный. Последний представляет собой вариацию давней идеи отключения части цилиндров под малой нагрузкой. Но в обычных ДВС электроника деактивирует, например, половину цилиндров на энное продолжительное время. А в случае IVA работают все цилиндры равномерно. Но только каждый из них получает топливо и включает зажигание не раз в четыре такта, а на каждый третий свой рабочий ход (один раз за 12 тактов). Так все цилиндры остаются в нормальном рабочем температурном режиме.

В случае рядного мотора (например, переделанной в виде опыта «четвёрки» JLR Ingenium) каждый миниатюрный распредвал системы IVA ориентирован поперёк общей оси ДВС (то есть оси коленчатого вала).

Конечно, Camcon — далеко не первая фирма, задумавшаяся над системой полного и совершенно свободного контроля за фазами газораспределения. Такие проекты существовали у GM и Форда, Ricardo и Lotus Engineering. Из последних примеров нужно вспомнить систему Qamfree вовсе без единого распредвала. Ту разработку начали в Кёнигсегге, а продолжили в фирме FreeValve вместе с Коросом. В Camcon Auto, как видим, пошли противоположным путём — поставили по персональному распредвалу на каждый клапан.

Для демонстрации фактической работы IVA авторы устройства переделали мотор Ягуара и выпустили такую легковушку на дорожные тесты.

Как говорят разработчики, потенциально система IVA может сократить выбросы углекислого газа на 15–20%. На опытных образцах моторов («турбочетвёрки» 2.0) удалось продемонстрировать экономию топлива в 7,5%. В серии IVA обходилась бы дешевле, чем гибридная силовая установка, считают британцы. А расход у машин с бензиновым агрегатом был бы примерно сопоставим с дизелем. Фирма Camcon готова поставлять производителям комплекты своих актуаторов и наборы для адаптации их к моторам либо сотрудничать с поставщиками компонентов. Британцы прогнозируют, что на серийных машинах IVA появится в течение пяти лет.

Как работают клапаны | Типы клапанов

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 29 ноября 2020 г.

Какой самый любимый вид транспорта в мире? Машина? То велосипед? Реактивный самолет? Если бы мне пришлось рискнуть предположить, я бы не выбрал ни одного из этих вещей. Вместо этого я бы выбрал скромный конвейер. Ты мог бы не замечаю трубы, но они транспортируют огромное количество жидкости (жидкости и газа) по всему миру тихо и эффективно, изо дня в день выходной. Для эффективной работы трубам нужен способ регулирования через них может проходить жидкость; им также нужен способ переключения стекать полностью.Это работа, которую выполняют клапаны : клапаны похожи на механические выключатели, которые могут включать и выключать трубы, поднимать или опускать их количество жидкости, протекающей через них. Давайте подробнее рассмотрим как они работают!

Фото: Этот запорный клапан управляется вручную: вы открываете и закрываете его, поворачивая колесо. Колесо, подобное этому, облегчает открытие клапана, потому что оно увеличивает усилие, которое вы прикладываете к ободу. производят большую и более полезную силу в центре. Если вы не уверены, почему, взгляните на нашу статью об инструментах и ​​машинах.Фото Брайана Слоана любезно предоставлено

Что такое клапаны?

Фото: Клапаны бывают всех размеров. Некоторые из них крошечные, как этот тарельчатый клапан, который скользит вверх и вниз по верхней части бутылки с напитками, чтобы впускать и выливать воду, когда вы тянете или толкаете его зубами.

Клапан представляет собой механическое устройство, которое частично перекрывает либо полностью изменить количество жидкости, проходящей через него. Когда вы включаете кран (кран), чтобы почистить зубы, вы открываете клапан, который позволяет воде под давлением выходить из трубы.Так же, когда вы спускаете воду в унитазе, вы открываете два клапана: один (сифон) пропускает воду чтобы сбежать, чтобы опорожнить поддон и еще один (называемый шаровым краном или шаровой кран), который пропускает больше воды в резервуар, готовый к следующему промывать.

Клапаны регулируют как газы, так и жидкости. Если у вас включена газовая плита (плита) В вашей плите органы управления, которые включают или выключают газ, представляют собой клапаны. Когда вы увеличиваете температуру, вы открываете клапан, который позволяет большему количеству газ поступает по трубе. Больше газа горит большим пламенем так вы получите больше тепла.

Клапаны

практически гарантированно есть в любой машине, использующей жидкости или газы. В вашей стиральной машине есть клапан, который поворачивается подача воды включается или выключается каждый раз, когда барабан ополаскивается. Есть также клапаны в цилиндрах двигателя вашего автомобиля, открытие и закрытие несколько раз в секунду впустить воздух и топливо и дать сгоревшим выхлопные газы для выхода.

Клапаны используются не только в машинах. У твоего тела есть красивые важные клапаны внутри вашего сердца, которые позволяют ему перекачивать кровь в ваши легкие (где он поглощает кислород), а затем по всему телу.

Фото: Клапаны большие и малые. 1) Этот дроссельный клапан диаметром 7,3 м (24 фута) из аэродинамической трубы затмевает человека, стоящего рядом с ним! Фото любезно предоставлено НАСА на сайте Commons. 2) Этот гораздо меньший дроссельный клапан работает точно так же, открываясь в центре, чтобы пропустить воздух через трубу. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Как изготавливаются клапаны?

Фото Перекрытие воды запорным клапаном.Поворот этого рычага на девяносто градусов закрывает шаровой кран в середине трубы, перекрывая протекающую через нее воду. В большинстве домов есть такие клапаны на входе холодной воды и на трубах, ведущих в резервуары для воды и выходящих из них. Запорные клапаны очень полезны во время чрезвычайной ситуации (например, при прорыве водопроводной трубы) или для проведения планового технического обслуживания. Как только клапан закрыт, вы можете безопасно выполнять ремонт без выливания всей жидкости.

Клапаны обычно изготавливаются из металла или пластика и имеют несколько разные части.Внешняя часть называется сиденьем и часто имеет цельнометаллический внешний корпус и мягкое внутреннее резиновое или пластиковое уплотнение, поэтому клапан делает закрытие абсолютно герметичным. Внутренняя часть клапан, который открывается и закрывается, называется корпус и вписывается в седло, когда клапан закрыт. Также существует некоторая форма механизм для открытия и закрытия клапана — либо ручной рычаг, либо колесо (как в кране или запорном кране) или автоматический механизм (как в в автомобильном или паровом двигателе).

Часто критически важно, чтобы клапаны, которые были отключены, не допускали абсолютно никакого выхода жидкость или газ по трубе, чтобы избежать несчастных случаев, взрывов, загрязнения или потери ценных химических веществ (даже капающий кран может быть дорогим, если у вас вода по счетчику). Вот почему уплотнение на клапане должно быть абсолютно надежным, а закрытый клапан должен быть плотно закрыт. Отключение потока жидкости или газа под высоким давлением путем его перекрытия с клапаном — физически тяжелая работа: иными словами, нужно приложить много силы, чтобы сделай это.Вот почему некоторые клапаны управляются рычагами (например, тот, что изображен здесь, но некоторые могут быть намного длиннее, чтобы дать вам больше силы поворота) или большие колеса (как на верхнем фото в этой статье). Если действительно большие клапаны требуют слишком большой силы для подачи человеком, они приводятся в действие гидроцилиндрами.

Правильный выбор материала

Не все клапаны большие, могучие, промышленно прочные, сделанные из металла. Внимательно осмотрите контейнеры для пищевых продуктов на своей кухне, и вы обнаружите у многих есть клапаны.Бутылки с водой (например, та, что я изобразил выше) часто имеют тарельчатые клапаны вместо клапанов. винтовые колпачки. Крышка банки с едой, которую я сфотографировал ниже, является еще одним действительно оригинальным примером клапана, сделанного из упругий эластомер (на практике эластичный, синтетический, силиконовый каучук). Он запечатывает банку для раздачи еды, которая обычно стоит вверх дном, поэтому теоретически еда может просто вылиться на стол внизу! Этот хитроумный клапан останавливает его. В резиновом материале есть четыре прорези, чтобы пропускать пищу, но он также довольно твердый, поэтому открывается только тогда, когда вы сжимаете банку.Давление, которое вы оказываете при сжатии, проталкивает пищу через четыре прорези, которые открываются. Когда вы сбросите давление, эластичность клапана заставляет прорези снова опускаться вниз, и банка снова закрывается. Это так просто и обыденно что вы, вероятно, никогда этого не замечали, но это гениальная инженерная разработка, основанная на очень тщательном подбор именно подходящего материала.

Фото: Эластомерный пищевой клапан. Слева: вид снизу на закрытый клапан.Посередине: вид сверху на тот же герметичный клапан. Справа: взгляд сверху с поднятым пальцем, чтобы показать, как работает механизм самоуплотняющейся щели. (Если вам интересно, я полагаю, что это щелевой клапан SimpliSqueeze® производства Aptar, и вы можете прочитать все технические детали того, как это работает в их US10287066B2: Раздаточный клапан. )

И выбор материалов для клапанов — это не просто вопрос того, как они будут функционировать в течение всего срока службы, а что с ними происходит после этого.Например, при упаковке пищевых продуктов переработка становится все более важным фактором. Возьмите маленькие клапаны, которые вы найдете на кофейных пакетах. После того, как кофе обжарен и расфасован по пакетам, он может лежать на полке магазина до года, в течение которого он продолжает выделять углекислый газ. Без клапана на пакете он раздуется и может лопнуть в магазине (или на вашей кухне), разбрасывая кофе повсюду. Итак, на кофейных пакетах есть эти оригинальные односторонние «дегазационные» клапаны, сделанные из мембран, которые открываются, когда внутри повышается давление.Вот почему вы можете «проснуться и почувствовать запах кофе», фактически не открывая пакет. Когда воздух пытается проникнуть снаружи, он сплющивает мембрану и плотно запечатывает мешок. Пока все хорошо, но как насчет переработки? Если вы начнете ставить на пакеты сложные пластиковые клапаны, сумки гораздо труднее перерабатывать. Каков ответ? В настоящее время производители изготавливают кофейные пакеты и клапаны полностью из компостируемые биопластики для устранения проблемы утилизации отходов.

Фото: Как работают кофейные клапаны.Верхний ряд: Слева: типичный клапан на внутренней стороне пакетика с кофе. Посередине: этот компостируемый клапан из биопластика (производства швейцарской компании Wipf) имеет фиксированное внешнее седло (черное) и внутренний корпус (красный) с газовым клапаном. Справа: разберите его, и вы обнаружите, что внутри него тоже есть пластиковая мембрана. (синий). На рисунке ниже показано, как эти три части работают вместе. Мембрана изгибается, позволяя CO2 выходит наружу, а затем сглаживается, чтобы предотвратить попадание воздуха и водяного пара.

Типы клапанов

Иллюстрация: восемь распространенных типов клапанов, значительно упрощенных.Цветовой ключ: серая часть — это труба, по которой течет жидкость; красная часть – клапан и его ручка или регулятор; синие стрелки показывают, как клапан движется или поворачивается; а желтая линия показывает, в каком направлении движется жидкость, когда клапан открыт.

Различные типы клапанов имеют разные названия. То наиболее распространенными являются бабочка, кран или пробка, ворота, глобус, игла, тарелка и катушка:

• Шар : Полая сфера (шар) плотно сидит в шаровом кране. внутри трубы, полностью блокируя поток жидкости.Когда вы поворачиваете ручку, она заставляет шар поворачиваться на девяносто градусов, позволяя жидкости течь через его середину.
• Дроссельная заслонка : Дроссельная заслонка представляет собой диск, который находится в середина трубы и поворачивается вбок (для впуска жидкости) или вертикально (чтобы полностью перекрыть поток).
• Кран или пробка : В кране или пробке поток блокируется конусообразной заглушкой, которая отодвигается при повороте колеса или ручка.
• Задвижка или шлюз : Задвижки открывают и закрывают трубы путем опуская через них металлические ворота.Большинство клапанов этого типа быть полностью открытым или полностью закрытым и не может работают должным образом, когда они открыты только наполовину. В водопроводных трубах используются такие клапаны.
• Глобус : Водопроводные краны (краны) являются примерами глобуса клапаны. Когда вы поворачиваете ручку, вы закручиваете клапан вверх или вниз, и это позволяет воде под давлением течь вверх по трубе и выходить через носик ниже. В отличие от затвора или шлюза, такой клапан можно настроить так, чтобы через него проходило больше или меньше жидкости.
• Игла : Игольчатый клапан использует длинную скользящую иглу для точно регулировать поток жидкости в машинах, таких как карбюраторы автомобильных двигателей и системы центрального отопления.
• Тарельчатый клапан : Клапаны в цилиндрах автомобильных двигателей представляют собой тарельчатые клапаны. Этот Тип клапана похож на крышку, сидящую на верхней части трубы. Время от времени крышка поднимается, чтобы выпустить или впустить жидкость или газ.
• Золотник : Золотниковые клапаны регулируют поток жидкости в гидравлические системы. Подобные клапаны скользят назад и вперед, чтобы сделать поток жидкости в том или ином направлении по контуру трубы.

Как работают предохранительные клапаны?

Клапаны часто используются для хранения опасных жидкостей или газов, например, токсичных химикатов, легковоспламеняющихся нефтепродуктов, пара под высоким давлением, или сжатый воздух — ни в коем случае нельзя допускать утечки. по идее клапан должен быть совершенно безопасным и после закрытия не должен пропускать жидкость или газ. На практике это не совсем так. Иногда лучше, чтобы клапан вышел из строя намеренно, чтобы защитить какую-то другую часть системы или машины.Например, если у вас есть паровой двигатель, работающий от водяного котла, в котором накапливается пар, но давление внезапно становится слишком высоким, вам нужен клапан, который можно открыть, дать пару выйти и безопасно сбросить давление до того, как все кончится. котел катастрофически взрывается. Клапаны, которые работают таким образом, называются предохранительными клапанами. Они предназначены для автоматического открытия, когда жидкость или газ, которые они содержат, достигают определенного давления (хотя многие системы и машины имеют предохранительные клапаны, которые можно открыть вручную для той же цели).

Работа: Пример предохранительного клапана в обычном кране горячей воды.

В обычном кране вы поворачиваете оранжевую ручку вверху по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы поднять или опустить клапан. Это позволяет воде течь слева направо по горизонтальной трубе, вокруг изгиба (через щель, где был клапан) и выходить через вертикальную трубу справа.

Вы можете повернуть ручку на разную величину, чтобы открыть клапан на разную высоту, пропуская разное количество воды.

В этой конструкции Пола Вессона, запатентованной в 1923 году, внизу есть дополнительный предохранительный клапан, окрашенный в зеленый цвет. Он имеет коническую форму и обычно плотно удерживается на месте желтой пружиной, обвитой вокруг него. Однако, если давление воды становится слишком большим, она давит на конус, открывает клапан, и вода уходит вниз, сбрасывая давление.

Изображение из патента США: 1,449,472: Предохранительный кран Пола Б. Вессона и компании Hampden Brass, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

• Справочник по клапанам Филипа Л. Скоузена. McGraw-Hill Education, 2011 г. Подробное руководство по различным типам клапанов, их выбору, размерам и проблемам, которые могут возникнуть при их использовании.
• Справочник по клапанам и приводам Брайана Несбитта. Баттерворт-Хайнеманн, 2007/2011. Практическое руководство по выбору и использованию клапанов, включая руководство покупателя.
• Справочник по клапанам, трубопроводам и трубопроводам Т.Кристофер Дикенсон. Elsevier, 1999. Подробный технический справочник. Много информации о различных типах клапанов и о том, как выбрать клапаны для конкретного применения.

Артикул

• Создание лучшего клапана, Джина Колата. Нью-Йорк Таймс. 20 июня 2015 г. Новый тип операции на сердечном клапане (транскатетерная замена аортального клапана) снижает риск хирургического вмешательства для пациентов.
• Британец получает искусственное пластиковое сердце: NHS Choices, 3 августа 2011 г.Описывает структуру искусственного сердца, в котором используются пластиковые клапаны.
• Предохранительные клапаны снижают риск ожогов: BBC News, 5 сентября 2005 г. Отчет о разработке термостатических клапанов для кранов для защиты пожилых людей.

Патенты

Патенты дают отличное представление о технических тонкостях того, как все работает на самом деле. Существуют тысячи различных типов клапанов; вот небольшой и довольно случайный выбор для начала:

• US3425439: Клапан-бабочка от Don W Duffey.Duriron Co. Inc., 4 февраля 1969 г.
• US3394915: Шаровой кран с кольцевым уплотнением от Jean Gachot. Duriron Co. Inc., 4 февраля 1969 г.
• US20030159737A1: Шаровой клапан большой пропускной способности от James Stares. ООО «Дрессер», 30 августа 2005 г.
• US20030159737A1: Тарельчатый клапан и способ его изготовления Чарльза Питера де Клера. Colder Products Co., 16 марта 2004 г.
• US10287066B2: Раздаточный клапан Джейсона Хаттона и др., AsparGroup. 14 мая 2019 г. Техническое описание желтого самоуплотняющегося пищевого клапана, сфотографированного выше.

Как работают клапаны | Типы клапанов

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 29 ноября 2020 г.

Какой самый любимый вид транспорта в мире? Машина? То велосипед? Реактивный самолет? Если бы мне пришлось рискнуть предположить, я бы не выбрал ни одного из этих вещей. Вместо этого я бы выбрал скромный конвейер. Ты мог бы не замечаю трубы, но они транспортируют огромное количество жидкости (жидкости и газа) по всему миру тихо и эффективно, изо дня в день выходной. Для эффективной работы трубам нужен способ регулирования через них может проходить жидкость; им также нужен способ переключения стекать полностью. Это работа, которую выполняют клапаны : клапаны похожи на механические выключатели, которые могут включать и выключать трубы, поднимать или опускать их количество жидкости, протекающей через них. Давайте подробнее рассмотрим как они работают!

Фото: Этот запорный клапан управляется вручную: вы открываете и закрываете его, поворачивая колесо. Колесо, подобное этому, облегчает открытие клапана, потому что оно увеличивает усилие, которое вы прикладываете к ободу. производят большую и более полезную силу в центре.Если вы не уверены, почему, взгляните на нашу статью об инструментах и ​​машинах. Фото Брайана Слоана любезно предоставлено

Что такое клапаны?

Фото: Клапаны бывают всех размеров. Некоторые из них крошечные, как этот тарельчатый клапан, который скользит вверх и вниз по верхней части бутылки с напитками, чтобы впускать и выливать воду, когда вы тянете или толкаете его зубами.

Клапан представляет собой механическое устройство, которое частично перекрывает либо полностью изменить количество жидкости, проходящей через него.Когда вы включаете кран (кран), чтобы почистить зубы, вы открываете клапан, который позволяет воде под давлением выходить из трубы. Так же, когда вы спускаете воду в унитазе, вы открываете два клапана: один (сифон) пропускает воду чтобы сбежать, чтобы опорожнить поддон и еще один (называемый шаровым краном или шаровой кран), который пропускает больше воды в резервуар, готовый к следующему промывать.

Клапаны регулируют как газы, так и жидкости. Если у вас включена газовая плита (плита) В вашей плите органы управления, которые включают или выключают газ, представляют собой клапаны.Когда вы увеличиваете температуру, вы открываете клапан, который позволяет большему количеству газ поступает по трубе. Больше газа горит большим пламенем так вы получите больше тепла.

Клапаны

практически гарантированно есть в любой машине, использующей жидкости или газы. В вашей стиральной машине есть клапан, который поворачивается подача воды включается или выключается каждый раз, когда барабан ополаскивается. Есть также клапаны в цилиндрах двигателя вашего автомобиля, открытие и закрытие несколько раз в секунду впустить воздух и топливо и дать сгоревшим выхлопные газы для выхода.

Клапаны используются не только в машинах. У твоего тела есть красивые важные клапаны внутри вашего сердца, которые позволяют ему перекачивать кровь в ваши легкие (где он поглощает кислород), а затем по всему телу.

Фото: Клапаны большие и малые. 1) Этот дроссельный клапан диаметром 7,3 м (24 фута) из аэродинамической трубы затмевает человека, стоящего рядом с ним! Фото любезно предоставлено НАСА на сайте Commons. 2) Этот гораздо меньший дроссельный клапан работает точно так же, открываясь в центре, чтобы пропустить воздух через трубу.Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Как изготавливаются клапаны?

Фото Перекрытие воды запорным клапаном. Поворот этого рычага на девяносто градусов закрывает шаровой кран в середине трубы, перекрывая протекающую через нее воду. В большинстве домов есть такие клапаны на входе холодной воды и на трубах, ведущих в резервуары для воды и выходящих из них. Запорные клапаны очень полезны во время чрезвычайной ситуации (например, при прорыве водопроводной трубы) или для проведения планового технического обслуживания.Как только клапан закрыт, вы можете безопасно выполнять ремонт без выливания всей жидкости.

Клапаны обычно изготавливаются из металла или пластика и имеют несколько разные части. Внешняя часть называется сиденьем и часто имеет цельнометаллический внешний корпус и мягкое внутреннее резиновое или пластиковое уплотнение, поэтому клапан делает закрытие абсолютно герметичным. Внутренняя часть клапан, который открывается и закрывается, называется корпус и вписывается в седло, когда клапан закрыт.Также существует некоторая форма механизм для открытия и закрытия клапана — либо ручной рычаг, либо колесо (как в кране или запорном кране) или автоматический механизм (как в в автомобильном или паровом двигателе).

Часто критически важно, чтобы клапаны, которые были отключены, не допускали абсолютно никакого выхода жидкость или газ по трубе, чтобы избежать несчастных случаев, взрывов, загрязнения или потери ценных химических веществ (даже капающий кран может быть дорогим, если у вас вода по счетчику). Вот почему уплотнение на клапане должно быть абсолютно надежным, а закрытый клапан должен быть плотно закрыт.Отключение потока жидкости или газа под высоким давлением путем его перекрытия с клапаном — физически тяжелая работа: иными словами, нужно приложить много силы, чтобы сделай это. Вот почему некоторые клапаны управляются рычагами (например, тот, что изображен здесь, но некоторые могут быть намного длиннее, чтобы дать вам больше силы поворота) или большие колеса (как на верхнем фото в этой статье). Если действительно большие клапаны требуют слишком большой силы для подачи человеком, они приводятся в действие гидроцилиндрами.

Правильный выбор материала

Не все клапаны большие, могучие, промышленно прочные, сделанные из металла. Внимательно осмотрите контейнеры для пищевых продуктов на своей кухне, и вы обнаружите у многих есть клапаны. Бутылки с водой (например, та, что я изобразил выше) часто имеют тарельчатые клапаны вместо клапанов. винтовые колпачки. Крышка банки с едой, которую я сфотографировал ниже, является еще одним действительно оригинальным примером клапана, сделанного из упругий эластомер (на практике эластичный, синтетический, силиконовый каучук). Он запечатывает банку для раздачи еды, которая обычно стоит вверх дном, поэтому теоретически еда может просто вылиться на стол внизу! Этот хитроумный клапан останавливает его.В резиновом материале есть четыре прорези, чтобы пропускать пищу, но он также довольно твердый, поэтому открывается только тогда, когда вы сжимаете банку. Давление, которое вы оказываете при сжатии, проталкивает пищу через четыре прорези, которые открываются. Когда вы сбросите давление, эластичность клапана заставляет прорези снова опускаться вниз, и банка снова закрывается. Это так просто и обыденно что вы, вероятно, никогда этого не замечали, но это гениальная инженерная разработка, основанная на очень тщательном подбор именно подходящего материала.

Фото: Эластомерный пищевой клапан. Слева: вид снизу на закрытый клапан. Посередине: вид сверху на тот же герметичный клапан. Справа: взгляд сверху с поднятым пальцем, чтобы показать, как работает механизм самоуплотняющейся щели. (Если вам интересно, я полагаю, что это щелевой клапан SimpliSqueeze® производства Aptar, и вы можете прочитать все технические детали того, как это работает в их US10287066B2: Раздаточный клапан.)

И выбор материалов для клапанов — это не просто вопрос того, как они будут функционировать в течение всего срока службы, а что с ними происходит после этого.Например, при упаковке пищевых продуктов переработка становится все более важным фактором. Возьмите маленькие клапаны, которые вы найдете на кофейных пакетах. После того, как кофе обжарен и расфасован по пакетам, он может лежать на полке магазина до года, в течение которого он продолжает выделять углекислый газ. Без клапана на пакете он раздуется и может лопнуть в магазине (или на вашей кухне), разбрасывая кофе повсюду. Итак, на кофейных пакетах есть эти оригинальные односторонние «дегазационные» клапаны, сделанные из мембран, которые открываются, когда внутри повышается давление.Вот почему вы можете «проснуться и почувствовать запах кофе», фактически не открывая пакет. Когда воздух пытается проникнуть снаружи, он сплющивает мембрану и плотно запечатывает мешок. Пока все хорошо, но как насчет переработки? Если вы начнете ставить на пакеты сложные пластиковые клапаны, сумки гораздо труднее перерабатывать. Каков ответ? В настоящее время производители изготавливают кофейные пакеты и клапаны полностью из компостируемые биопластики для устранения проблемы утилизации отходов.

Фото: Как работают кофейные клапаны.Верхний ряд: Слева: типичный клапан на внутренней стороне пакетика с кофе. Посередине: этот компостируемый клапан из биопластика (производства швейцарской компании Wipf) имеет фиксированное внешнее седло (черное) и внутренний корпус (красный) с газовым клапаном. Справа: разберите его, и вы обнаружите, что внутри него тоже есть пластиковая мембрана. (синий). На рисунке ниже показано, как эти три части работают вместе. Мембрана изгибается, позволяя CO2 выходит наружу, а затем сглаживается, чтобы предотвратить попадание воздуха и водяного пара.

Типы клапанов

Иллюстрация: восемь распространенных типов клапанов, значительно упрощенных.Цветовой ключ: серая часть — это труба, по которой течет жидкость; красная часть – клапан и его ручка или регулятор; синие стрелки показывают, как клапан движется или поворачивается; а желтая линия показывает, в каком направлении движется жидкость, когда клапан открыт.

Различные типы клапанов имеют разные названия. То наиболее распространенными являются бабочка, кран или пробка, ворота, глобус, игла, тарелка и катушка:

• Шар : Полая сфера (шар) плотно сидит в шаровом кране. внутри трубы, полностью блокируя поток жидкости.Когда вы поворачиваете ручку, она заставляет шар поворачиваться на девяносто градусов, позволяя жидкости течь через его середину.
• Дроссельная заслонка : Дроссельная заслонка представляет собой диск, который находится в середина трубы и поворачивается вбок (для впуска жидкости) или вертикально (чтобы полностью перекрыть поток).
• Кран или пробка : В кране или пробке поток блокируется конусообразной заглушкой, которая отодвигается при повороте колеса или ручка.
• Задвижка или шлюз : Задвижки открывают и закрывают трубы путем опуская через них металлические ворота.Большинство клапанов этого типа быть полностью открытым или полностью закрытым и не может работают должным образом, когда они открыты только наполовину. В водопроводных трубах используются такие клапаны.
• Глобус : Водопроводные краны (краны) являются примерами глобуса клапаны. Когда вы поворачиваете ручку, вы закручиваете клапан вверх или вниз, и это позволяет воде под давлением течь вверх по трубе и выходить через носик ниже. В отличие от затвора или шлюза, такой клапан можно настроить так, чтобы через него проходило больше или меньше жидкости.
• Игла : Игольчатый клапан использует длинную скользящую иглу для точно регулировать поток жидкости в машинах, таких как карбюраторы автомобильных двигателей и системы центрального отопления.
• Тарельчатый клапан : Клапаны в цилиндрах автомобильных двигателей представляют собой тарельчатые клапаны. Этот Тип клапана похож на крышку, сидящую на верхней части трубы. Время от времени крышка поднимается, чтобы выпустить или впустить жидкость или газ.
• Золотник : Золотниковые клапаны регулируют поток жидкости в гидравлические системы. Подобные клапаны скользят назад и вперед, чтобы сделать поток жидкости в том или ином направлении по контуру трубы.

Как работают предохранительные клапаны?

Клапаны часто используются для хранения опасных жидкостей или газов, например, токсичных химикатов, легковоспламеняющихся нефтепродуктов, пара под высоким давлением, или сжатый воздух — ни в коем случае нельзя допускать утечки. по идее клапан должен быть совершенно безопасным и после закрытия не должен пропускать жидкость или газ. На практике это не совсем так. Иногда лучше, чтобы клапан вышел из строя намеренно, чтобы защитить какую-то другую часть системы или машины.Например, если у вас есть паровой двигатель, работающий от водяного котла, в котором накапливается пар, но давление внезапно становится слишком высоким, вам нужен клапан, который можно открыть, дать пару выйти и безопасно сбросить давление до того, как все кончится. котел катастрофически взрывается. Клапаны, которые работают таким образом, называются предохранительными клапанами. Они предназначены для автоматического открытия, когда жидкость или газ, которые они содержат, достигают определенного давления (хотя многие системы и машины имеют предохранительные клапаны, которые можно открыть вручную для той же цели).

Работа: Пример предохранительного клапана в обычном кране горячей воды.

В обычном кране вы поворачиваете оранжевую ручку вверху по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы поднять или опустить клапан. Это позволяет воде течь слева направо по горизонтальной трубе, вокруг изгиба (через щель, где был клапан) и выходить через вертикальную трубу справа.

Вы можете повернуть ручку на разную величину, чтобы открыть клапан на разную высоту, пропуская разное количество воды.

В этой конструкции Пола Вессона, запатентованной в 1923 году, внизу есть дополнительный предохранительный клапан, окрашенный в зеленый цвет. Он имеет коническую форму и обычно плотно удерживается на месте желтой пружиной, обвитой вокруг него. Однако, если давление воды становится слишком большим, она давит на конус, открывает клапан, и вода уходит вниз, сбрасывая давление.

Изображение из патента США: 1,449,472: Предохранительный кран Пола Б. Вессона и компании Hampden Brass, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

• Справочник по клапанам Филипа Л. Скоузена. McGraw-Hill Education, 2011 г. Подробное руководство по различным типам клапанов, их выбору, размерам и проблемам, которые могут возникнуть при их использовании.
• Справочник по клапанам и приводам Брайана Несбитта. Баттерворт-Хайнеманн, 2007/2011. Практическое руководство по выбору и использованию клапанов, включая руководство покупателя.
• Справочник по клапанам, трубопроводам и трубопроводам Т.Кристофер Дикенсон. Elsevier, 1999. Подробный технический справочник. Много информации о различных типах клапанов и о том, как выбрать клапаны для конкретного применения.

Артикул

• Создание лучшего клапана, Джина Колата. Нью-Йорк Таймс. 20 июня 2015 г. Новый тип операции на сердечном клапане (транскатетерная замена аортального клапана) снижает риск хирургического вмешательства для пациентов.
• Британец получает искусственное пластиковое сердце: NHS Choices, 3 августа 2011 г.Описывает структуру искусственного сердца, в котором используются пластиковые клапаны.
• Предохранительные клапаны снижают риск ожогов: BBC News, 5 сентября 2005 г. Отчет о разработке термостатических клапанов для кранов для защиты пожилых людей.

Патенты

Патенты дают отличное представление о технических тонкостях того, как все работает на самом деле. Существуют тысячи различных типов клапанов; вот небольшой и довольно случайный выбор для начала:

• US3425439: Клапан-бабочка от Don W Duffey.Duriron Co. Inc., 4 февраля 1969 г.
• US3394915: Шаровой кран с кольцевым уплотнением от Jean Gachot. Duriron Co. Inc., 4 февраля 1969 г.
• US20030159737A1: Шаровой клапан большой пропускной способности от James Stares. ООО «Дрессер», 30 августа 2005 г.
• US20030159737A1: Тарельчатый клапан и способ его изготовления Чарльза Питера де Клера. Colder Products Co., 16 марта 2004 г.
• US10287066B2: Раздаточный клапан Джейсона Хаттона и др., AsparGroup. 14 мая 2019 г. Техническое описание желтого самоуплотняющегося пищевого клапана, сфотографированного выше.

Как работают клапаны | Типы клапанов

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 29 ноября 2020 г.

Какой самый любимый вид транспорта в мире? Машина? То велосипед? Реактивный самолет? Если бы мне пришлось рискнуть предположить, я бы не выбрал ни одного из этих вещей. Вместо этого я бы выбрал скромный конвейер. Ты мог бы не замечаю трубы, но они транспортируют огромное количество жидкости (жидкости и газа) по всему миру тихо и эффективно, изо дня в день выходной.Для эффективной работы трубам нужен способ регулирования через них может проходить жидкость; им также нужен способ переключения стекать полностью. Это работа, которую выполняют клапаны : клапаны похожи на механические выключатели, которые могут включать и выключать трубы, поднимать или опускать их количество жидкости, протекающей через них. Давайте подробнее рассмотрим как они работают!

Фото: Этот запорный клапан управляется вручную: вы открываете и закрываете его, поворачивая колесо. Колесо, подобное этому, облегчает открытие клапана, потому что оно увеличивает усилие, которое вы прикладываете к ободу. производят большую и более полезную силу в центре.Если вы не уверены, почему, взгляните на нашу статью об инструментах и ​​машинах. Фото Брайана Слоана любезно предоставлено

Что такое клапаны?

Фото: Клапаны бывают всех размеров. Некоторые из них крошечные, как этот тарельчатый клапан, который скользит вверх и вниз по верхней части бутылки с напитками, чтобы впускать и выливать воду, когда вы тянете или толкаете его зубами.

Клапан представляет собой механическое устройство, которое частично перекрывает либо полностью изменить количество жидкости, проходящей через него.Когда вы включаете кран (кран), чтобы почистить зубы, вы открываете клапан, который позволяет воде под давлением выходить из трубы. Так же, когда вы спускаете воду в унитазе, вы открываете два клапана: один (сифон) пропускает воду чтобы сбежать, чтобы опорожнить поддон и еще один (называемый шаровым краном или шаровой кран), который пропускает больше воды в резервуар, готовый к следующему промывать.

Клапаны регулируют как газы, так и жидкости. Если у вас включена газовая плита (плита) В вашей плите органы управления, которые включают или выключают газ, представляют собой клапаны.Когда вы увеличиваете температуру, вы открываете клапан, который позволяет большему количеству газ поступает по трубе. Больше газа горит большим пламенем так вы получите больше тепла.

Клапаны

практически гарантированно есть в любой машине, использующей жидкости или газы. В вашей стиральной машине есть клапан, который поворачивается подача воды включается или выключается каждый раз, когда барабан ополаскивается. Есть также клапаны в цилиндрах двигателя вашего автомобиля, открытие и закрытие несколько раз в секунду впустить воздух и топливо и дать сгоревшим выхлопные газы для выхода.

Клапаны используются не только в машинах. У твоего тела есть красивые важные клапаны внутри вашего сердца, которые позволяют ему перекачивать кровь в ваши легкие (где он поглощает кислород), а затем по всему телу.

Фото: Клапаны большие и малые. 1) Этот дроссельный клапан диаметром 7,3 м (24 фута) из аэродинамической трубы затмевает человека, стоящего рядом с ним! Фото любезно предоставлено НАСА на сайте Commons. 2) Этот гораздо меньший дроссельный клапан работает точно так же, открываясь в центре, чтобы пропустить воздух через трубу.Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Как изготавливаются клапаны?

Фото Перекрытие воды запорным клапаном. Поворот этого рычага на девяносто градусов закрывает шаровой кран в середине трубы, перекрывая протекающую через нее воду. В большинстве домов есть такие клапаны на входе холодной воды и на трубах, ведущих в резервуары для воды и выходящих из них. Запорные клапаны очень полезны во время чрезвычайной ситуации (например, при прорыве водопроводной трубы) или для проведения планового технического обслуживания.Как только клапан закрыт, вы можете безопасно выполнять ремонт без выливания всей жидкости.

Клапаны обычно изготавливаются из металла или пластика и имеют несколько разные части. Внешняя часть называется сиденьем и часто имеет цельнометаллический внешний корпус и мягкое внутреннее резиновое или пластиковое уплотнение, поэтому клапан делает закрытие абсолютно герметичным. Внутренняя часть клапан, который открывается и закрывается, называется корпус и вписывается в седло, когда клапан закрыт.Также существует некоторая форма механизм для открытия и закрытия клапана — либо ручной рычаг, либо колесо (как в кране или запорном кране) или автоматический механизм (как в в автомобильном или паровом двигателе).

Часто критически важно, чтобы клапаны, которые были отключены, не допускали абсолютно никакого выхода жидкость или газ по трубе, чтобы избежать несчастных случаев, взрывов, загрязнения или потери ценных химических веществ (даже капающий кран может быть дорогим, если у вас вода по счетчику). Вот почему уплотнение на клапане должно быть абсолютно надежным, а закрытый клапан должен быть плотно закрыт. Отключение потока жидкости или газа под высоким давлением путем его перекрытия с клапаном — физически тяжелая работа: иными словами, нужно приложить много силы, чтобы сделай это. Вот почему некоторые клапаны управляются рычагами (например, тот, что изображен здесь, но некоторые могут быть намного длиннее, чтобы дать вам больше силы поворота) или большие колеса (как на верхнем фото в этой статье). Если действительно большие клапаны требуют слишком большой силы для подачи человеком, они приводятся в действие гидроцилиндрами.

Правильный выбор материала

Не все клапаны большие, могучие, промышленно прочные, сделанные из металла.Внимательно осмотрите контейнеры для пищевых продуктов на своей кухне, и вы обнаружите у многих есть клапаны. Бутылки с водой (например, та, что я изобразил выше) часто имеют тарельчатые клапаны вместо клапанов. винтовые колпачки. Крышка банки с едой, которую я сфотографировал ниже, является еще одним действительно оригинальным примером клапана, сделанного из упругий эластомер (на практике эластичный, синтетический, силиконовый каучук). Он запечатывает банку для раздачи еды, которая обычно стоит вверх дном, поэтому теоретически еда может просто вылиться на стол внизу! Этот хитроумный клапан останавливает его.В резиновом материале есть четыре прорези, чтобы пропускать пищу, но он также довольно твердый, поэтому открывается только тогда, когда вы сжимаете банку. Давление, которое вы оказываете при сжатии, проталкивает пищу через четыре прорези, которые открываются. Когда вы сбросите давление, эластичность клапана заставляет прорези снова опускаться вниз, и банка снова закрывается. Это так просто и обыденно что вы, вероятно, никогда этого не замечали, но это гениальная инженерная разработка, основанная на очень тщательном подбор именно подходящего материала.

Фото: Эластомерный пищевой клапан. Слева: вид снизу на закрытый клапан. Посередине: вид сверху на тот же герметичный клапан. Справа: взгляд сверху с поднятым пальцем, чтобы показать, как работает механизм самоуплотняющейся щели. (Если вам интересно, я полагаю, что это щелевой клапан SimpliSqueeze® производства Aptar, и вы можете прочитать все технические детали того, как это работает в их US10287066B2: Раздаточный клапан. )

И выбор материалов для клапанов — это не просто вопрос того, как они будут функционировать в течение всего срока службы, а что с ними происходит после этого.Например, при упаковке пищевых продуктов переработка становится все более важным фактором. Возьмите маленькие клапаны, которые вы найдете на кофейных пакетах. После того, как кофе обжарен и расфасован по пакетам, он может лежать на полке магазина до года, в течение которого он продолжает выделять углекислый газ. Без клапана на пакете он раздуется и может лопнуть в магазине (или на вашей кухне), разбрасывая кофе повсюду. Итак, на кофейных пакетах есть эти оригинальные односторонние «дегазационные» клапаны, сделанные из мембран, которые открываются, когда внутри повышается давление.Вот почему вы можете «проснуться и почувствовать запах кофе», фактически не открывая пакет. Когда воздух пытается проникнуть снаружи, он сплющивает мембрану и плотно запечатывает мешок. Пока все хорошо, но как насчет переработки? Если вы начнете ставить на пакеты сложные пластиковые клапаны, сумки гораздо труднее перерабатывать. Каков ответ? В настоящее время производители изготавливают кофейные пакеты и клапаны полностью из компостируемые биопластики для устранения проблемы утилизации отходов.

Фото: Как работают кофейные клапаны.Верхний ряд: Слева: типичный клапан на внутренней стороне пакетика с кофе. Посередине: этот компостируемый клапан из биопластика (производства швейцарской компании Wipf) имеет фиксированное внешнее седло (черное) и внутренний корпус (красный) с газовым клапаном. Справа: разберите его, и вы обнаружите, что внутри него тоже есть пластиковая мембрана. (синий). На рисунке ниже показано, как эти три части работают вместе. Мембрана изгибается, позволяя CO2 выходит наружу, а затем сглаживается, чтобы предотвратить попадание воздуха и водяного пара.

Типы клапанов

Иллюстрация: восемь распространенных типов клапанов, значительно упрощенных.Цветовой ключ: серая часть — это труба, по которой течет жидкость; красная часть – клапан и его ручка или регулятор; синие стрелки показывают, как клапан движется или поворачивается; а желтая линия показывает, в каком направлении движется жидкость, когда клапан открыт.

Различные типы клапанов имеют разные названия. То наиболее распространенными являются бабочка, кран или пробка, ворота, глобус, игла, тарелка и катушка:

• Шар : Полая сфера (шар) плотно сидит в шаровом кране. внутри трубы, полностью блокируя поток жидкости.Когда вы поворачиваете ручку, она заставляет шар поворачиваться на девяносто градусов, позволяя жидкости течь через его середину.
• Дроссельная заслонка : Дроссельная заслонка представляет собой диск, который находится в середина трубы и поворачивается вбок (для впуска жидкости) или вертикально (чтобы полностью перекрыть поток).
• Кран или пробка : В кране или пробке поток блокируется конусообразной заглушкой, которая отодвигается при повороте колеса или ручка.
• Задвижка или шлюз : Задвижки открывают и закрывают трубы путем опуская через них металлические ворота.Большинство клапанов этого типа быть полностью открытым или полностью закрытым и не может работают должным образом, когда они открыты только наполовину. В водопроводных трубах используются такие клапаны.
• Глобус : Водопроводные краны (краны) являются примерами глобуса клапаны. Когда вы поворачиваете ручку, вы закручиваете клапан вверх или вниз, и это позволяет воде под давлением течь вверх по трубе и выходить через носик ниже. В отличие от затвора или шлюза, такой клапан можно настроить так, чтобы через него проходило больше или меньше жидкости.
• Игла : Игольчатый клапан использует длинную скользящую иглу для точно регулировать поток жидкости в машинах, таких как карбюраторы автомобильных двигателей и системы центрального отопления.
• Тарельчатый клапан : Клапаны в цилиндрах автомобильных двигателей представляют собой тарельчатые клапаны. Этот Тип клапана похож на крышку, сидящую на верхней части трубы. Время от времени крышка поднимается, чтобы выпустить или впустить жидкость или газ.
• Золотник : Золотниковые клапаны регулируют поток жидкости в гидравлические системы. Подобные клапаны скользят назад и вперед, чтобы сделать поток жидкости в том или ином направлении по контуру трубы.

Как работают предохранительные клапаны?

Клапаны часто используются для хранения опасных жидкостей или газов, например, токсичных химикатов, легковоспламеняющихся нефтепродуктов, пара под высоким давлением, или сжатый воздух — ни в коем случае нельзя допускать утечки. по идее клапан должен быть совершенно безопасным и после закрытия не должен пропускать жидкость или газ. На практике это не совсем так. Иногда лучше, чтобы клапан вышел из строя намеренно, чтобы защитить какую-то другую часть системы или машины.Например, если у вас есть паровой двигатель, работающий от водяного котла, в котором накапливается пар, но давление внезапно становится слишком высоким, вам нужен клапан, который можно открыть, дать пару выйти и безопасно сбросить давление до того, как все кончится. котел катастрофически взрывается. Клапаны, которые работают таким образом, называются предохранительными клапанами. Они предназначены для автоматического открытия, когда жидкость или газ, которые они содержат, достигают определенного давления (хотя многие системы и машины имеют предохранительные клапаны, которые можно открыть вручную для той же цели).

Работа: Пример предохранительного клапана в обычном кране горячей воды.

В обычном кране вы поворачиваете оранжевую ручку вверху по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы поднять или опустить клапан. Это позволяет воде течь слева направо по горизонтальной трубе, вокруг изгиба (через щель, где был клапан) и выходить через вертикальную трубу справа.

Вы можете повернуть ручку на разную величину, чтобы открыть клапан на разную высоту, пропуская разное количество воды.

В этой конструкции Пола Вессона, запатентованной в 1923 году, внизу есть дополнительный предохранительный клапан, окрашенный в зеленый цвет. Он имеет коническую форму и обычно плотно удерживается на месте желтой пружиной, обвитой вокруг него. Однако, если давление воды становится слишком большим, она давит на конус, открывает клапан, и вода уходит вниз, сбрасывая давление.

Изображение из патента США: 1,449,472: Предохранительный кран Пола Б. Вессона и компании Hampden Brass, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

• Справочник по клапанам Филипа Л. Скоузена. McGraw-Hill Education, 2011 г. Подробное руководство по различным типам клапанов, их выбору, размерам и проблемам, которые могут возникнуть при их использовании.
• Справочник по клапанам и приводам Брайана Несбитта. Баттерворт-Хайнеманн, 2007/2011. Практическое руководство по выбору и использованию клапанов, включая руководство покупателя.
• Справочник по клапанам, трубопроводам и трубопроводам Т.Кристофер Дикенсон. Elsevier, 1999. Подробный технический справочник. Много информации о различных типах клапанов и о том, как выбрать клапаны для конкретного применения.

Артикул

• Создание лучшего клапана, Джина Колата. Нью-Йорк Таймс. 20 июня 2015 г. Новый тип операции на сердечном клапане (транскатетерная замена аортального клапана) снижает риск хирургического вмешательства для пациентов.
• Британец получает искусственное пластиковое сердце: NHS Choices, 3 августа 2011 г.Описывает структуру искусственного сердца, в котором используются пластиковые клапаны.
• Предохранительные клапаны снижают риск ожогов: BBC News, 5 сентября 2005 г. Отчет о разработке термостатических клапанов для кранов для защиты пожилых людей.

Патенты

Патенты дают отличное представление о технических тонкостях того, как все работает на самом деле. Существуют тысячи различных типов клапанов; вот небольшой и довольно случайный выбор для начала:

• US3425439: Клапан-бабочка от Don W Duffey.Duriron Co. Inc., 4 февраля 1969 г.
• US3394915: Шаровой кран с кольцевым уплотнением от Jean Gachot. Duriron Co. Inc., 4 февраля 1969 г.
• US20030159737A1: Шаровой клапан большой пропускной способности от James Stares. ООО «Дрессер», 30 августа 2005 г.
• US20030159737A1: Тарельчатый клапан и способ его изготовления Чарльза Питера де Клера. Colder Products Co., 16 марта 2004 г.
• US10287066B2: Раздаточный клапан Джейсона Хаттона и др., AsparGroup. 14 мая 2019 г. Техническое описание желтого самоуплотняющегося пищевого клапана, сфотографированного выше.

Клапаны 101: Типы клапанов, размеры, стандарты и многое другое

Что такое клапаны и как они работают?

В своей основе клапаны — это устройства, предназначенные для управления, регулирования или направления потока в системе или процессе.

Они часто имеют ряд характеристик, которые помогают определить их идеальное применение.

Однако, если вы хотите контролировать поток, обеспечивать безопасность в системе, которая перекачивает жидкости, твердые вещества, газы или что-то среднее между ними, скорее всего, вам помогут клапаны из нержавеющей стали.

Клапаны выполняют несколько функций, в том числе:

• Запуск или остановка потока в зависимости от состояния клапана
• Регулирование потока и давления в системе трубопроводов
• Управление направлением потока в системе трубопроводов трубопроводная система
• Повышение безопасности за счет сброса давления или вакуума в трубопроводной системе

Объяснение методов открытия клапана

Хотя многие клапаны выполняют схожие задачи, механические способы их достижения могут различаться.

То, как клапан открывается и закрывается, не только влияет на общую производительность, но также определяет степень контроля над потоком и скорость работы клапана.

Большинство клапанов относятся к одной из трех категорий:

• Многооборотные клапаны: Думайте об этих клапанах как о винте или поршне. Вы проворачиваете рукоятку, и заглушка, пластина, мембрана или другое препятствие перемещается на пути трубы, блокируя доступ. В зависимости от клапана они могут иметь более высокие или более низкие дифференциалы, что позволяет открывать или закрывать их с различной скоростью.
• Четвертьоборотные клапаны: Четвертьоборотные клапаны обеспечивают полный диапазон движения при повороте рукоятки на 90 градусов. Это делает их идеальными для ситуаций, когда точность не так важна, как быстрота действия и простота открытия или закрытия.

Помимо механического движения, связанного с клапаном, также учитывайте способ приведения в действие. В большинстве случаев клапаны относятся к одной из трех категорий:

• Ручные клапаны: Эти клапаны обычно регулируются вручную, для приведения в действие используются маховики, ручные уровни, зубчатые колеса или цепи.
• Клапаны с приводом: Часто подключаемые к электродвигателям, пневматическим или пневматическим системам, гидравлическим системам или соленоидам, эти клапаны обеспечивают дистанционное управление и автоматизацию для высокоточных или крупномасштабных приложений.
• Автоматические клапаны: Некоторые клапаны срабатывают при выполнении определенных условий потока. Примеры включают закрытие обратных клапанов во время обратного потока или срабатывание клапанов сброса давления при обнаружении состояния избыточного давления.

Распространенные типы клапанов и их применение

Клапаны имеют ряд характеристик, стандартов и групп, которые помогут вам получить представление об их предполагаемом применении и ожидаемой производительности.Конструкции клапанов — это один из основных способов сортировки огромного ассортимента доступных клапанов и поиска подходящих для проекта или процесса.

К распространенным типам клапанов относятся:

Вы также можете увидеть клапаны, классифицированные по функциям, а не по конструкции.

Общие функциональные обозначения и их общие типы конструкции включают:

• Запорные клапаны:  Шаровые, дисковые, мембранные, задвижки, пережимные, поршневые и пробковые клапаны
• Регулирующие клапаны2 Шаровые, 904,7 мембранные, шаровые, игольчатые, пережимные и пробковые клапаны
• Предохранительные клапаны: Клапаны сброса давления и вакуума
• Обратные клапаны: Поворотные обратные и подъемные обратные клапаны
• Клапаны специального назначения: Многоцелевые

Объяснение размера клапана: обеспечение непрерывности потока значительная часть бюджета проектирования и строительства. Они также оказывают значительное влияние на долгосрочные затраты и общую производительность системы.

Правильный выбор размера клапана важен как для оптимизации затрат, так и для обеспечения безопасной, точной и надежной работы.

Первое, на что следует обратить внимание, это общий размер клапана — как с точки зрения физических размеров, так и с точки зрения внутреннего размера и скорости потока (CV).

Выбор клапана, который не соответствует требуемому пространству, может привести к дополнительным затратам.Выбор клапана, который не обеспечивает идеальной скорости потока, может привести как минимум к неточному регулированию потока, а в худшем – к полному отказу системы.

Например, если ваш клапан слишком мал, это может привести к снижению расхода на выходе и созданию противодавления на входе. Если клапан слишком большой, вы обнаружите, что управление потоком резко снижается по мере того, как вы переходите от полностью открытого или полностью закрытого положения.

При выборе правильного размера убедитесь, что диаметр соединителя и общий расход клапана соответствуют вашим потребностям.Некоторые клапаны обеспечивают отличный поток, в то время как другие сужают поток и повышают давление.

Это означает, что иногда для регулировки расхода необходимо установить клапан большего размера, чем может подразумевать только диаметр адаптера.

Торцевые соединения клапанов: ключ к хорошей посадке и правильной работе

Поскольку размеры и конструкция не имеют значения, также важно учитывать торцевые соединения клапанов.

Общие типы концов клапанов. Источник: Unified Alloys

Хотя наиболее очевидным следствием здесь является выбор концевого соединения, совместимого с вашим трубопроводом, существуют также функциональные характеристики обычных типов концов, которые могут сделать один клапан более подходящим для ваших нужд, чем другой.

Общие соединения клапанов и концы включают в себя:

• • • Прикручены или резьбовые: часто используется в приборах. Обычно используется в условиях высокого давления или высоких температур
    • Приварной враструб: Обычно используется на трубопроводах малого диаметра, где резьбовые соединения не разрешены
    • Проушина и проушина: Часто используется для компактных клапанов, устанавливаемых в системах с ограниченным пространством
    Материалы клапана: обеспечение безопасности и долговечной работы

    В зависимости от предполагаемого использования материалы, из которых изготовлены ваши клапаны, могут иметь решающее значение для обеспечения безопасной работы и снижения затрат на техническое обслуживание и замену в течение всего срока службы вашего клапана. операция.

    Клапаны из нержавеющей стали отлично подходят для различных производственных сред, в том числе с агрессивными средами (такими как химикаты, соленая вода и кислоты), средами со строгими санитарными стандартами (такими как производство продуктов питания и напитков и фармацевтика) и процессами, связанными с высокое давление или высокие температуры.

    Однако, если вы перерабатываете растворители, топливо или летучие органические соединения (ЛОС), выбор материала клапана из негорючего материала, такого как латунь, бронза, медь или даже пластик, часто является лучшим вариантом. .В дополнение к выбору правильного материала корпуса внутренние (смачиваемые) детали трима также должны быть оценены на химическую совместимость. Если ваш клапан содержит эластомеры, их также следует оценить на химическую совместимость, а также ограничения по давлению и температуре.

    Стандарты клапанов: соответствие требованиям и нормативным требованиям

    В зависимости от предполагаемого использования вы можете обнаружить, что клапаны должны соответствовать определенным стандартам, чтобы соответствовать нормативным требованиям безопасности, санитарии или другим требованиям.

    Несмотря на то, что существует слишком много организаций по стандартизации и возможных правил, чтобы их можно было подробно охватить, общие организации по общим стандартам включают:

    Существуют также отраслевые стандарты, которые следует учитывать.

    Основные стандарты организации по отраслям относятся:

    2
    • ASME BPVC Стандарты
    • ASME BPVC стандарты клапанов
    • стандарты клапанов ASSE
    • стандарты клапанов ISA
    • стандарты клапанов NFPA
    • стандарты клапанов SAE
    финальные мысли 2

    Выбор правильного клапана для вашего проекта может показаться сложным.Однако, начав с общих характеристик, таких как конструкция клапана , размер клапана и способ срабатывания , вы можете быстро ограничить свои возможности, чтобы определить лучшие клапаны для ваших нужд.

    Независимо от того, проектируете ли вы новую технологическую систему или хотите модернизировать или обслуживать существующую систему, выбор клапанов и фитингов Unified Alloys поможет вам найти идеальное решение для вашей области применения и условий использования. Являясь ведущим поставщиком сплавов из нержавеющей стали, клапанов, фланцев и многого другого, наши специалисты уже более 40 лет помогают предприятиям промышленности в Канаде и Северной Америке.Нужна помощь или есть вопрос? Свяжитесь с нами для индивидуальной помощи.

    Руководство по клапанам. Клапаны представляют собой механические устройства, которые регулируют поток и давление в системе или процессе.

    Что такое клапаны..

    Клапаны — это механические устройства, которые регулируют поток и давление в системе или процессе. Они являются важными компонентами системы трубопроводов, по которым транспортируются жидкости, газы, пары, суспензии и т. д.

    Доступны различные типы клапанов.. задвижки, шаровые, пробковые, шаровые, дроссельные, обратные, диафрагменные, пережимные, предохранительные, регулирующие клапаны и т. д. Каждый из этих типов имеет ряд моделей, каждая из которых имеет различные характеристики и функциональные возможности. Некоторые клапаны управляются автоматически, в то время как другие управляются вручную или с помощью привода, пневматического или гидравлического привода.

    Функции клапанов..

    • Остановка и запуск потока
    • Уменьшить или увеличить расход
    • Управление направлением потока
    • Регулирование расхода или давления процесса
    • Разгрузить систему трубопроводов от определенного давления

    Существует множество конструкций, типов и моделей клапанов для широкого спектра промышленных применений.Все они удовлетворяют одной или нескольким из указанных выше функций. Клапаны являются дорогостоящими изделиями, и важно, чтобы для их функции был выбран правильный клапан, и он должен быть изготовлен из материала, подходящего для технологической жидкости.

    Независимо от типа все клапаны состоят из следующих основных частей: корпуса, крышки, трима (внутренние элементы), привода и уплотнения. Основные части клапана показаны на изображении справа.

    Корпус клапана

    Корпус клапана, иногда называемый кожухом, является основной границей напорного клапана.Он служит основным элементом клапанного узла, поскольку является каркасом, скрепляющим все части вместе.

    Корпус, первая граница давления клапана, сопротивляется нагрузкам давления жидкости от соединительного трубопровода. Он получает входной и выходной трубопровод через резьбовые, болтовые или сварные соединения.

    Концы корпуса клапана предназначены для соединения клапана с патрубком трубопровода или оборудования с помощью различных типов концевых соединений, таких как сварка встык или раструб, резьба или фланцы.

    Корпуса клапанов отлиты или выкованы в различных формах, и каждый компонент имеет определенную функцию и изготовлен из материала, подходящего для этой функции.

    
    

    Крышка клапана

    Крышка отверстия в корпусе – это крышка, и это вторая по важности граница напорного клапана. Как и корпуса клапанов, крышки доступны во многих конструкциях и моделях.

    Крышка служит крышкой корпуса клапана, отлита или выкована из того же материала, что и корпус.Обычно он соединяется с корпусом резьбовым, болтовым или сварным соединением. При изготовлении клапана внутренние компоненты, такие как шток, диск и т. д., помещаются в корпус, а затем прикрепляется крышка, которая скрепляет все детали внутри.

    Во всех случаях крепление крышки к корпусу считается границей давления. Это означает, что сварное соединение или болты, соединяющие крышку с корпусом, являются деталями, удерживающими давление. Крышки клапанов, хотя и необходимы для большинства клапанов, вызывают беспокойство.Крышки могут усложнить изготовление клапанов, увеличить размер клапана, составить значительную часть стоимости клапана и стать источником потенциальных утечек.

    
    

    Обвязка клапана

    Съемные и заменяемые внутренние детали клапана , контактирующие с протекающей средой, в совокупности называются Обвязка клапана . К этим деталям относятся седло(я) клапана, диск, сальники, прокладки, направляющие, втулки и внутренние пружины. Корпус клапана, крышка, уплотнение и т. д., которые также соприкасаются с протекающей средой, не считаются тримом клапана.

    A Характеристики трима клапана определяются поверхностью контакта диска и седла, а также отношением положения диска к седлу. Благодаря триммеру возможны базовые движения и управление потоком. В конструкциях трима с вращательным движением диск скользит близко к седлу, вызывая изменение отверстия для потока. В конструкции трима с линейным перемещением диск поднимается перпендикулярно от седла, так что появляется кольцевое отверстие.

    Детали трима клапана могут быть изготовлены из различных материалов из-за различных свойств, необходимых для противостояния различным силам и условиям.Втулки и сальниковые уплотнения не испытывают таких сил и условий, как диск и седло клапана.

    Свойства текучей среды, химический состав, давление, температура, расход, скорость и вязкость являются одними из важных соображений при выборе подходящих материалов трима. Материалы трима могут быть, а могут и не совпадать с материалом корпуса клапана или крышки.

    Обвязка клапана API 600 №

    
    

    Диск и седло клапана

    Диск

    Диск — это деталь, которая позволяет, дросселирует или останавливает поток в зависимости от его положения.В случае пробки или шарового крана диск называется пробкой или шаром. Диск является третьей по значимости первичной границей давления. Когда клапан закрыт, на диск действует полное давление системы, и по этой причине диск является компонентом, зависящим от давления.

    Диски обычно кованые, а в некоторых конструкциях имеют твердое покрытие для обеспечения хороших износостойких свойств. Большинство клапанов названо конструкцией их дисков.

    Сиденье(я)

    Седло или уплотнительные кольца обеспечивают посадочную поверхность для диска.Клапан может иметь одно или несколько седл. В случае шарового или обратного клапана обычно имеется одно седло, которое образует уплотнение с диском, чтобы остановить поток. В случае задвижки имеется два седла; один на стороне вверх по течению, а другой на стороне вниз по течению. Диск задвижки имеет две посадочные поверхности, которые соприкасаются с седлами клапана, образуя уплотнение для остановки потока.

    Для повышения износостойкости уплотнительных колец поверхность часто наплавляется сваркой, а затем механической обработкой контактной поверхности уплотнительного кольца.Чистовая обработка поверхности седла необходима для хорошего уплотнения, когда клапан закрыт. Уплотнительные кольца обычно не считаются деталями, контактирующими с давлением, поскольку корпус имеет достаточную толщину стенки, чтобы выдерживать расчетное давление, не полагаясь на толщину уплотнительных колец.

    
    

    Шток клапана

    Шток клапана обеспечивает необходимое движение диска, плунжера или шара для открытия или закрытия клапана и отвечает за правильное положение диска.Одним концом он соединен с маховиком клапана, приводом или рычагом, а другим — с диском клапана. В задвижках или шаровых кранах линейное движение диска необходимо для открытия или закрытия клапана, в то время как в плунжерных, шаровых и дроссельных клапанах диск вращается, чтобы открыть или закрыть клапан.

    Стержни обычно кованые и соединены с диском резьбой или другими способами. Для предотвращения утечек в области уплотнения необходима тонкая обработка поверхности штока.

    Существует пять типов штоков клапанов..

    • Поднимающийся шток с наружным винтом и бугелем
      Наружная часть штока имеет резьбу, а часть штока в клапане гладкая. Резьба штока изолирована от потока среды набивкой штока. Доступны два разных стиля этих дизайнов; один с маховиком, прикрепленным к штоку, чтобы они могли подниматься вместе, а другой с резьбовой втулкой, которая заставляет шток подниматься через маховик. Этот тип клапана обозначается как «O. S.и Y. – обычная конструкция для клапанов размером 2 дюймов и более.
    • Поднимающийся шток с внутренним винтом
      Резьбовая часть штока находится внутри корпуса клапана, а уплотнение штока вдоль гладкой части, которая подвергается воздействию атмосферы снаружи. В этом случае резьба штока находится в контакте с протекающей средой. При вращении шток и маховик вместе поднимаются, чтобы открыть клапан.
    • Невыдвижной шток с внутренним винтом
      Резьбовая часть штока находится внутри клапана и не поднимается.Диск клапана перемещается вдоль штока, как гайка, если шток вращается. Резьба штока подвергается воздействию текучей среды и поэтому подвергается ударам. Вот почему эта модель используется, когда пространство ограничено для возможности линейного перемещения, а проточная среда не вызывает эрозии, коррозии или истирания материала штока.
    • Подвижный шток
      Этот шток клапана не вращается и не поворачивается. Он входит и выходит из клапана, чтобы открыть или закрыть клапан. Эта конструкция используется в ручных рычажных клапанах быстрого открытия.Он также используется в регулирующих клапанах, приводимых в действие гидравлическими или пневматическими цилиндрами.
    • Поворотный шток
      Эта модель широко используется в шаровых, плунжерных и поворотных затворах. Движение штока на четверть оборота открывает или закрывает клапан.

    В главном меню «Клапаны» вы найдете несколько ссылок на подробные (большие) изображения клапанов с выдвижным и не выдвижным штоком.

    
    

    Уплотнение штока клапана

    Для надежного уплотнения между штоком и крышкой необходима прокладка.Это называется уплотнением, и оно снабжено, например, следующие компоненты..

    • Сальниковая втулка, которая сжимает набивку сальником в так называемую сальниковую коробку.
    • Сальник, разновидность втулки, сжимающей набивку в сальник.
    • Сальник, камера, в которой сжимается набивка.
    • Набивка из нескольких материалов, таких как тефлон®, эластомерный материал, волокнистый материал и т. д.
    • Заднее сиденье — это место для сидения внутри капота.Он обеспечивает уплотнение между штоком и крышкой и предотвращает повышение давления в системе против уплотнения клапана, когда клапан полностью открыт. Задние седла часто применяются в запорных и запорных клапанах.

    Важным аспектом срока службы клапана является уплотнительный узел. Почти все клапаны, такие как стандартные шаровые, шаровые, запорные, пробковые и дроссельные клапаны, имеют узел уплотнения, основанный на силе сдвига, трении и разрыве.

    Поэтому упаковка клапана должна быть выполнена надлежащим образом, чтобы предотвратить повреждение штока и утечку жидкости или газа.Если уплотнение слишком слабое, клапан будет протекать. Если набивка слишком тугая, это повлияет на движение и может привести к повреждению штока.

    
    

    Типовой узел уплотнения

    1. Крышка сальника 2. Сальник 3. Сальник с набивкой 4. Заднее сиденье

    
    

    Бугель клапана и гайка бугеля

    Хомут

    Хомут соединяет корпус клапана или крышку с исполнительным механизмом.Через нее проходит верхняя часть бугеля, удерживающая гайку бугеля, гайку штока или втулку бугеля, и шток клапана. Хомут обычно имеет отверстия для доступа к сальниковой коробке, звеньям привода и т. д. Конструктивно хомут должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать силы, моменты и крутящий момент, создаваемые приводом.

    Гайка бугеля

    Гайка бугеля представляет собой гайку с внутренней резьбой и помещается в верхнюю часть бугеля, через которую проходит шток. Например, в задвижке гайка бугеля поворачивается, и шток перемещается вверх или вниз.В случае клапанов Globe гайка фиксируется, и шток вращается через нее.

    
    

    Привод клапана

    Клапаны с ручным управлением обычно оснащены маховиком, прикрепленным к штоку клапана или гайке бугеля, который вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы закрыть или открыть клапан. Таким образом открываются и закрываются шаровые и запорные клапаны.

    Клапаны с ручным управлением, четвертьоборотные, такие как шаровые, плунжерные или дроссельные, имеют рычаг для приведения в действие клапана.

    Существуют приложения, в которых невозможно или нежелательно приводить в действие клапан вручную с помощью маховика или рычага.Эти приложения включают в себя..

    • Большие клапаны, которые должны работать против высокого гидростатического давления
    • Клапаны должны управляться из удаленного места
    • Когда время открытия, закрытия, дросселирования или ручного управления клапаном больше, чем требуется по критериям проектирования системы

    Эти клапаны обычно оснащены приводом.
    Привод в самом широком смысле — это устройство, которое производит линейное и вращательное движение источника энергии под действием источника управления.

    Базовые приводы используются для полного открытия или полного закрытия клапана. Приводы для управления или регулирования клапанов получают сигнал позиционирования для перемещения в любое промежуточное положение. Существует множество различных типов приводов, но ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых приводов клапанов.

    • Зубчатые приводы
    • Приводы электродвигателей
    • Пневматические приводы
    • Гидравлические приводы
    • Электромагнитные приводы

    Для получения дополнительной информации о приводах см. главное меню «Клапаны» — Приводы клапанов —

    
    

    Классификация клапанов

    Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых классификаций клапанов, основанных на механическом движении..

    • Клапаны линейного перемещения. Клапаны, в которых запорный элемент, как в запорных, шаровых, диафрагменных, пережимных и подъемных обратных клапанах, перемещается по прямой линии, позволяя, останавливая или дросселируя поток.
    • Поворотные клапаны. Когда запорный элемент клапана перемещается по угловой или круговой траектории, как в дроссельных, шаровых, плунжерных, эксцентриковых и поворотных обратных клапанах, такие клапаны называются поворотными клапанами.
    • Четвертьоборотные клапаны. Некоторым поворотным клапанам требуется приблизительно четверть оборота, от 0 до 90°, движения штока, чтобы полностью открыться из полностью закрытого положения или наоборот.

    Классификация клапанов по движению

    Типы клапанов	Линейное перемещение	Вращательное движение	Четвертьоборотная
    Ворота	ДА	НЕТ	НЕТ
    Глобус	ДА	НЕТ	НЕТ
    Заглушка	НЕТ	ДА	ДА
    Шар	НЕТ	ДА	ДА
    Бабочка	НЕТ	ДА	ДА
    Поворотный чек	НЕТ	ДА	НЕТ
    Мембрана	ДА	НЕТ	НЕТ
    Зажим	ДА	НЕТ	НЕТ
    Безопасность	ДА	НЕТ	НЕТ
    Рельеф	ДА	НЕТ	НЕТ
    Типы клапанов	Линейное перемещение	Вращательное движение	Четвертьоборотная

    
    

    Рейтинги класса

    Номиналы клапанов по давлению-температуре обозначаются номерами классов.ASME B16.34, Клапаны с фланцами, резьбой и под приварку — один из наиболее широко используемых стандартов на клапаны. Он определяет три типа классов: стандартный, специальный и ограниченный. ASME B16.34 распространяется на клапаны классов 150, 300, 400, 600, 900, 1500, 2500 и 4500.

    
    

    Резюме

    На этой странице определен ряд основных сведений о клапанах.

    Как вы могли заметить, в главном меню «Клапаны» вы также можете найти информацию о нескольких и часто применяемых клапанах в нефтяной и химической промышленности.
    Это может дать вам представление и хорошее понимание различий между различными типами клапанов и того, как эти различия влияют на работу клапана. Это поможет правильному применению каждого типа клапана при проектировании и правильному использованию каждого типа клапана во время эксплуатации.

    Шаровой кран

    — Принцип работы

    Рисунок 1: Шаровой кран в разрезе

    Шаровой кран представляет собой запорный клапан, который регулирует поток жидкости или газа с помощью вращающегося шара с отверстием.При повороте шара на четверть оборота (90 градусов) вокруг своей оси среда может протекать или блокироваться. Они характеризуются длительным сроком службы и обеспечивают надежную герметизацию в течение всего срока службы, даже когда клапан не используется в течение длительного времени. В результате они более популярны в качестве запорной арматуры, чем, например, задвижки. Для полного сравнения прочитайте нашу статью о задвижке и шаровом кране. Кроме того, они более устойчивы к загрязненным средам, чем большинство других типов клапанов.В специальных версиях шаровые краны также используются в качестве регулирующего клапана. Это применение менее распространено из-за относительно ограниченной точности регулирования расхода по сравнению с другими типами регулирующей арматуры. Однако и здесь клапан предлагает некоторые преимущества. Например, он по-прежнему обеспечивает надежную герметизацию даже в случае грязного носителя. На рис. 1 показан вид в разрезе шарового крана.

    Содержание

    Общие типы шаровых кранов

    Стандартный (резьбовой)

    Стандартные шаровые краны состоят из корпуса, седла, шара и рычага для поворота шара.Они включают в себя клапаны с двумя, тремя и четырьмя портами, которые могут быть с внутренней или наружной резьбой или их комбинацией. Резьбовые краны наиболее распространены и бывают разных видов: с сертификатами для конкретных сред или областей применения, мини-шаровые краны, угловые шаровые краны, шаровые краны ISO-top, со встроенным фильтром или точкой выпуска, и этот список можно продолжить. Они имеют широкий спектр опций и большой рабочий диапазон по давлению и температуре.

    Для получения дополнительной информации о резьбовом соединении прочитайте нашу статью о типах соединений шаровых кранов.

    Гидравлический

    Гидравлические шаровые краны специально разработаны для гидравлических и отопительных систем благодаря их высокому номинальному рабочему давлению и стойкости к гидравлическому маслу и топливному маслу. Эти клапаны изготавливаются из стали или нержавеющей стали. Помимо этих материалов, седла также делают гидравлические клапаны пригодными для высокого рабочего давления. Седла этих клапанов изготовлены из полиоксиметилена (ПОМ), который подходит для применения при высоких давлениях и низких температурах. Максимальное рабочее давление гидравлических шаровых кранов превышает 500 бар, а максимальная температура достигает 80°C.

    Фланцевый

    Фланцевые шаровые краны отличаются типом соединения. Порты подключаются к системе трубопроводов через фланцы, которые обычно проектируются в соответствии с определенным стандартом. Эти клапаны обеспечивают высокую скорость потока, поскольку они обычно имеют полнопроходную конструкцию. При выборе фланцевого шарового крана, помимо номинального давления, вы также должны проверить класс сжатия фланца, который указывает на самое высокое давление, которое может выдержать этот тип соединения. Эти шаровые краны сконструированы с двумя, тремя или четырьмя портами, они могут быть одобрены для определенных сред, имеют верхнюю часть ISO и все остальное, что может быть у стандартного четвертьоборотного клапана.Как правило, они изготавливаются из нержавеющей стали, стали или чугуна.

    Для получения дополнительной информации о фланцевом соединении прочитайте нашу статью о типах соединений шаровых кранов.

    Вентилируемый

    Шаровые краны с вентиляцией выглядят почти так же, как стандартные 2-ходовые шаровые краны, когда дело доходит до их конструкции. Основное отличие состоит в том, что выходное отверстие выходит в окружающую среду в закрытом положении. Это достигается за счет небольшого отверстия, просверленного в шаре и в корпусе клапана. Когда клапан закрывается, отверстия совмещаются с выпускным портом и сбрасывают давление.Это особенно полезно в системах сжатого воздуха, где сброс давления обеспечивает более безопасную рабочую среду. Интуитивно эти клапаны выглядят как 2-ходовые шаровые краны, хотя на самом деле они являются 3/2-ходовыми из-за небольшого отверстия для вентиляции.

    Принцип работы шарового крана

    Рисунок 2: Схема шарового крана

    Чтобы понять принцип работы шарового крана, важно знать 5 основных частей шарового крана и 2 различных типа работы. 5 основных компонентов можно увидеть на схеме шарового крана на рисунке 2.Шток клапана (1) соединен с шаром (4) и приводится в действие либо вручную, либо автоматически (электрически или пневматически). Шар поддерживается и уплотняется седлом шарового клапана (5) и уплотнительными кольцами (2) вокруг штока клапана. Все они находятся внутри корпуса клапана (3). В шаре имеется сквозное отверстие, как показано в разрезе на рис. 1. Когда шток клапана повернут на четверть оборота, отверстие либо открывается для потока, позволяя среде протекать, либо закрывается, чтобы предотвратить протекание среды.Функция контура клапанов, сборка корпуса, конструкция шара и типы работы влияют на работу шаровых кранов и обсуждаются ниже.

    Функция цепи

    Клапан может иметь два, три или даже четыре порта (2-ходовой, 3-ходовой или 4-ходовой). Подавляющее большинство шаровых кранов являются двухходовыми и управляются вручную с помощью рычага. Рычаг находится на одной линии с трубой, когда клапан открыт. В закрытом положении ручка расположена перпендикулярно трубе. Направление потока шарового клапана просто от входа к выходу для 2-ходового клапана.Шаровые краны с ручным управлением могут быть быстро закрыты, поэтому существует риск гидравлического удара с быстро текущей средой. Некоторые шаровые краны оснащены трансмиссией. Трехходовые клапаны имеют Г-образное или Т-образное отверстие, которое влияет на функцию контура (направление потока). Это видно на рис. 3. В результате могут выполняться различные функции схемы, такие как распределение или смешивание потоков.

    Рис. 3: Пример трехходового шарового крана и функций контура для Т-образного и Г-образного отверстий.

    Корпус в сборе

    Сборка корпуса клапана может быть разделена на три наиболее часто используемых конструкции: цельный, двухкомпонентный и трехкомпонентный корпус. Разница заключается в том, как клапан собран, и это влияет на возможности обслуживания или ремонта. Работа клапанов одинакова в каждом варианте.

    • Цельный: Это самый дешевый вариант. Две части, окружающие шар, прессуются или свариваются. Клапаны нельзя открывать для очистки или обслуживания.Этот тип обычно используется для приложений с низкими требованиями.
    • Двухкомпонентный: Двухкомпонентный клапан можно разобрать для очистки, обслуживания и осмотра. Часто детали соединяются посредством резьбового соединения. Клапан должен быть полностью удален из трубы, чтобы разделить две части.
    • Трехкомпонентный: Более дорогие клапаны часто состоят из трех частей. Детали, как правило, соединяются болтовыми соединениями. Преимущество этого варианта выполнения состоит в том, что клапан можно обслуживать, не снимая весь клапан с трубопровода.

    Шаровая конструкция

    Наиболее распространенной является конструкция с плавающим шаром. Шар подвешен в среде и удерживается на месте двумя уплотнительными кольцами. Некоторые высококачественные клапаны имеют шаровую опору. Шар поддерживается сверху и снизу для снижения нагрузки на седла клапанов.

    • Плавающий: Большинство шаровых кранов имеют плавающий шар. Шар поддерживается седлами клапанов.
    • Цапфа: Клапаны большого диаметра и высокого рабочего давления (например, DN >100 мм и 30 бар) часто имеют конструкцию с цапфой.Шар поддерживается снизу и сверху, чтобы уменьшить нагрузку на кольца седла. Рабочий крутящий момент обычно ниже для цапфовых клапанов.

    Отверстие в шаре может иметь различные профили, такие как полнопроходное, суженное или V-образное.

    • Уменьшенный проход: Большинство шаровых кранов имеют уменьшенный проход. В результате клапан вносит в систему потери на трение. Эти потери по-прежнему относительно малы по сравнению с клапанами других типов. Цельные шаровые краны почти всегда имеют уменьшенный проходной диаметр.
    • Полнопроходной: Полнопроходные клапаны имеют такой же диаметр проходного сечения, что и труба. Преимущество заключается в отсутствии дополнительных потерь на трение и в том, что система механически легче очищается (скребковая чистка). Недостатком является то, что шар и корпус больше, чем у стандартного четвертьоборотного клапана с уменьшенным проходным сечением. Поэтому стоимость немного выше, и для многих приложений это не требуется. Их также называют полнопроходными шаровыми кранами.
    • V-образный: Отверстие в шаре или седле клапана имеет V-образный профиль.В результате можно более точно контролировать требуемый расход, вращая шар. Путем оптимизации профиля можно приблизиться к линейной характеристике потока.

    Чтобы узнать больше о правильном выборе шарового крана для вашего применения, прочитайте нашу техническую статью по выбору шарового крана!

    Ручка шарового крана

    Рукоятка соединена со штоком клапана (рис. 2 № 1) и способна поворачивать клапан из открытого или закрытого положения (90 градусов). При правильной установке клапан будет открыт, когда рукоятка будет параллельна трубе, и закрыт, когда рукоятка будет перпендикулярна трубе.Принимая во внимание направление ручки, важно визуально определить, открыт клапан или закрыт. Существуют дополнительные типы рукояток для шаровых кранов, например, запираемые ручки или маховики для шаровых кранов. Они работают, как следует из их названий. Если у вас есть шаровой кран большего размера или вам нужен дополнительный крутящий момент для открытия или закрытия клапана, может потребоваться удлинение рукоятки шарового крана. Если ваша ручка сломалась, неправильно установлена ​​или вы переоборудовали автоматический шаровой кран в ручной, вы можете купить замену ручки шарового крана.

     

    Автоматические шаровые краны

    Рисунок 4: Пневматический шаровой кран (слева) и электрический шаровой кран (справа)

    Вместо ручной рукоятки для включения или выключения клапана некоторые клапаны могут быть оснащены электрическим или пневматическим приводом, как показано на рис. 4. Они соединяются непосредственно со штоком клапана (рис. 2, номер 1) и могут поворачиваться это четверть оборота. Наиболее распространенное фланцевое соединение между клапаном и приводом соответствует стандарту ISO 5211. На рис. 5 показан пример верхней части ISO 5211, готовой к подключению к приводу.Используя привод, вы можете управлять шаровым краном дистанционно или через контроллер, чтобы его можно было использовать в качестве автоматического запорного устройства. Шаровой кран с пружинным приводом, также называемый подпружиненным, использует пружину для открытия/закрытия клапана в сценарии отключения питания и привод, чтобы затем удерживать его в открытом/закрытом положении. Они используются для энергосбережения или по причинам отказоустойчивости.

    Рисунок 5: Шаровой кран ISO-top

    Существует несколько различных способов управления приводом:

    • 2-точечное управление (также называемое схемой открытия-закрытия или включения-выключения) использует один провод управления в дополнение к проводам питания.Как только на управляющий провод подается напряжение, клапан открывается электрически. Если провод управления обесточен, клапан закрывается (электрически или с помощью пружины).
    • 3-точечное управление использует два провода управления: один для вращения шара против часовой стрелки, а другой для вращения шара по часовой стрелке. В зависимости от применения можно выбрать наиболее подходящий элемент управления.

    Некоторые электроприводы могут также обеспечивать управление модуляцией, которое регулирует положение шарового клапана в диапазоне от 0 до 100 % открытия/закрытия.Для получения дополнительной информации об автоматической работе прочитайте нашу статью об установке шаровых кранов с электрическим приводом.

     

    Материалы корпуса шарового крана

    Наиболее распространенными материалами корпуса являются латунь, нержавеющая сталь и ПВХ (поливинилхлорид). Шар обычно изготавливается из хромированной стали, хромированной латуни, нержавеющей стали или ПВХ. Сиденья часто изготавливаются из тефлона, но также могут быть изготовлены из других синтетических материалов или металлов. Более подробную информацию по этой теме вы можете найти на странице: химическая стойкость материалов.

    Латунный шаровой кран

    Латунь

    занимает наибольшую долю рынка (рис. 6). Латунь представляет собой сплав меди и цинка и обладает хорошими механическими свойствами. Латунные клапаны используются для (питьевой) воды, газа, нефти, воздуха и многих других сред. Растворы хлоридов (например, морская вода) или деминерализованная вода могут вызвать децинкификацию. Децинкификация — это форма коррозии, при которой цинк удаляется из сплава. Это создает пористую структуру со значительно сниженной механической прочностью. Латунный корпус идеально подходит для воздушного шарового клапана.Посмотрите наши двухходовые латунные шаровые краны с ручным управлением или трехходовые латунные шаровые краны.

    Рисунок 6: Латунный шаровой кран

    Шаровой кран из нержавеющей стали

    Нержавеющая сталь

    используется для агрессивных сред и агрессивных сред (рис. 7). Поэтому они часто используются в морской воде, плавательных бассейнах, установках осмоса, при высоких температурах и многих химикатах. Большинство нержавеющих сталей являются аустенитными. Наиболее распространены марки 304 и 316, 316 обладает наилучшей коррозионной стойкостью. 304 иногда называют 18/8 из-за 18% хрома и 8% никеля.316 имеет 18% хрома и 10% никеля (18/10). Клапаны из нержавеющей стали обычно требуют более высокого рабочего крутящего момента, чем, например, клапаны из латуни или ПВХ. Это необходимо учитывать, когда клапан из нержавеющей стали управляется электрическим или пневматическим приводом. Посмотрите наши двухходовые шаровые краны из нержавеющей стали с ручным управлением или трехходовые шаровые краны из нержавеющей стали.

    Рисунок 7: Шаровой кран из нержавеющей стали

    Шаровой кран из ПВХ

    ПВХ

    часто имеет более низкую цену (за исключением клапанов ISO-top) и широко используется в ирригации, водоснабжении и дренаже или в агрессивных средах (рис. 8).ПВХ означает поливинилхлорид. ПВХ устойчив к большинству растворов солей, кислот, щелочей и органических растворителей. ПВХ не пригоден для температур выше 60°С, а также не стоек к ароматическим и хлорированным углеводородам. ПВХ не такой прочный, как латунь или нержавеющая сталь, поэтому шаровые краны из ПВХ имеют более низкое номинальное давление. Более подробную статью о шаровых кранах из ПВХ можно прочитать здесь.

    Рисунок 8: Шаровой кран из ПВХ

    Латунь, нержавеющая сталь и шаровой кран из ПВХ

    Материал	Преимущества	Недостатки
    Латунь	Прочный, подходит для большинства применений	Чувствителен к децинкификации
    Нержавеющая сталь	Очень абразивостойкий, инертный, устойчивый к коррозии	Более высокая цена, часто требуется больший крутящий момент для вращения шара
    ПВХ	Экономичный, не подвержен коррозии	Более короткий срок службы, ограниченные диапазоны давления и температуры

     

    Чтобы сравнить использование шарового крана и поворотного затвора, прочитайте нашу статью о сравнении дроссельных и шаровых затворов.

    Уплотнения и уплотнительные кольца

    Большинство седел клапанов изготовлены из ПТФЭ (тефлона). PTFE расшифровывается как PolyTetraFluorEthylene. Этот материал обладает очень хорошей химической стойкостью и высокой температурой плавления (~327°C). Кроме того, коэффициент трения чрезвычайно низок. Небольшим недостатком ПТФЭ является то, что материал проявляет ползучесть, что со временем может привести к ухудшению герметичности. Кроме того, ПТФЭ имеет довольно высокий коэффициент теплового расширения. Решением этой проблемы является использование пружины для оказания постоянного давления на тефлоновое уплотнение, например, тарельчатой ​​пружины.Другими популярными уплотнительными материалами являются усиленный ПТФЭ и полиамид (нейлон). Чем тверже материал седла клапана, тем труднее поддерживать надлежащее уплотнение. Для некоторых применений, в которых невозможно использовать мягкие материалы, например, при очень высоких температурах, используются металлические или керамические седла клапанов.

    Сертификаты

    Для определенных применений желательны или необходимы разрешения. Питьевая вода и газ являются наиболее распространенными. Выбор сертифицированного шарового крана гарантирует, что продукт соответствует важным требованиям безопасности.

    Питьевая вода

    Эти шаровые краны подходят для систем питьевой воды и имеют одобрение WRAS, KIWA или DVGW. При использовании с резервуаром для воды они часто работают вместе с поплавковым выключателем для контроля уровня воды.

    Рис. 9: Общепринятые сертификаты на шаровые краны для питьевой воды (DVGW, KIWA, WRAS)

    Газ

    Эти шаровые краны одобрены для газовых приборов.

    Рисунок 10: Общепринятые сертификаты шаровых газовых кранов (DVGW, GASTEC, EN-331)

    Часто задаваемые вопросы

    Когда шаровой кран открыт?

    Шаровой кран открыт, когда ручка находится на одной линии с трубой, и закрыт, когда клапан расположен перпендикулярно к трубе.Их нужно всего лишь повернуть на 90 градусов.

    Что такое шаровой кран?

    Шаровой кран представляет собой запорный клапан, который регулирует поток жидкости или газа с помощью вращающегося шара с отверстием. Они могут управляться ручкой или автоматизированы с помощью электрического или пневматического привода.

    Как установить шаровой кран?

    Вкрутите вход и выход шарового клапана в резьбовой узел. Перед установкой убедитесь, что ручка установлена ​​правильно (параллель открыта).

    Могут ли шаровые краны выйти из строя?

    Да, шаровой кран может выйти из строя. Распространенными типами отказов являются поврежденное уплотнение (клапан не герметичен на 100%) или мусор, попадающий в клапан (клапан не движется).

    Для чего можно использовать шаровой кран?

    Шаровой кран можно использовать как запорный, так и регулирующий как для жидкостей, так и для газов. В случае регулирующего клапана отверстие обычно выполнено V-образным.

    ---

    Ежемесячный информационный бюллетень Tameson

    • Для кого: Вы! Существующие клиенты, новые клиенты и все, кто ищет информацию о контроле жидкости.
    • Почему Ежемесячный информационный бюллетень Tameson: Он четкий, без всякой ерунды и раз в месяц содержит актуальную информацию об отрасли управления жидкостями.
    • Что в нем: Объявления о новых продуктах, технические статьи, видеоролики, специальные цены, отраслевая информация и многое другое, на что вам нужно подписаться, чтобы увидеть!
    Подписаться на рассылку Обратный клапан

    — принцип работы

    Рисунок 1: Обратный клапан

    Обратный клапан — это устройство, которое пропускает поток жидкости только в одном направлении.У них есть два порта, один как вход для носителя и один как выход для носителя. Поскольку они пропускают среду только в одном направлении, их обычно называют «обратными клапанами» или «обратными клапанами». Основная цель обратного клапана — предотвратить обратный поток в системе. На рис. 1 показан пример обратного клапана.

    Работа обратного клапана зависит от перепада давления. Они требуют более высокого давления на стороне входа клапана, чем на стороне выхода, чтобы открыть клапан.Когда давление на стороне выхода выше (или давление на стороне входа недостаточно высокое), клапан закрывается. В зависимости от типа клапана механизм закрытия отличается. В отличие от других клапанов, для их правильной работы не требуется рукоятка, рычаг, привод или человек.

    Они обычно устанавливаются в приложениях, которые могут вызвать проблемы с обратным потоком. Однако, поскольку они являются обратными клапанами, они являются дешевым, эффективным и простым решением для решения потенциальной проблемы. Обратный поток может вызвать проблему, если обратный поток загрязнен и, следовательно, загрязняет среду выше по потоку.Например, канализационная линия будет иметь обратный клапан, чтобы отходы могли выходить, но не попадать обратно в систему. Они также используются, если обратный поток вызовет повреждение оборудования выше по потоку, которое может позволить среде течь только в одном направлении. Например, через фильтр обратного осмоса вода может проходить только в одном направлении, поэтому для предотвращения этого после него устанавливается односторонний клапан. Существуют различные размеры, конструкции и материалы, чтобы обеспечить наличие обратного клапана для любого применения.

     

    Содержание

    Как работает обратный клапан?

    Давление открытия

    Обратному клапану требуется минимальное давление на входе (перепад давления между входом и выходом), чтобы открыть клапан и пропустить через него поток.Это минимальное давление на входе, при котором происходит открытие клапана, называется «давлением срабатывания» обратного клапана. Удельное давление срабатывания изменяется в зависимости от конструкции и размера клапана, поэтому убедитесь, что ваша система может генерировать это давление срабатывания и что оно подходит для применения.

    Закрытие

    Если давление на входе когда-либо упадет ниже давления открытия или возникнет противодавление (поток пытается перейти от выхода к входу), клапан закроется.В зависимости от конструкции обратного клапана механизм закрытия может меняться. Короче говоря, противодавление прижимает заслонку, шар, диафрагму или диск к отверстию и герметизирует его. В зависимости от конструкции процессу закрытия может способствовать пружина или сила тяжести.

    Ориентация при установке

    Так как обратный клапан работает только в одном направлении, очень важно знать правильную ориентацию при установке. Часто на корпусе клапана имеется стрелка, указывающая направление потока. В противном случае вам нужно будет осмотреть клапан, чтобы убедиться, что он установлен в предполагаемом направлении потока.Если он направлен назад, поток не сможет проходить через систему, и повышение давления может привести к повреждению.

    Тип обратного клапана

     

    В зависимости от конструкции обратного клапана они будут работать немного по-разному. Наиболее распространенным обратным клапаном является подпружиненный встроенный обратный клапан, однако ниже мы обсудим несколько типов.

    Подпружиненный рядный

    Встроенные подпружиненные обратные клапаны распространены, просты в понимании и имеют простую конструкцию.На рис. 1 показан пример подпружиненного обратного клапана, а на рис. 2 показаны основные компоненты со стрелками, указывающими направление потока. Когда поток входит во входной порт клапана, он должен иметь достаточное давление (силу), чтобы преодолеть давление открытия и усилие пружины. После преодоления он толкает диск, открывая отверстие и позволяя потоку проходить через клапан. Когда входное давление становится недостаточно высоким или возникает противодавление, противодавление и пружина прижимают диск к отверстию и запирают клапан.Пружина, наряду с коротким ходом диска, обеспечивает быстрое время реакции на закрытие. Такая конструкция клапана также предотвращает скачки давления в магистрали, а значит, и возникновение гидравлического удара. Обычные типы подпружиненных встроенных обратных клапанов также называются «обратными клапанами сопла» или «бесшумными обратными клапанами». Они могут быть установлены в вертикальном или горизонтальном положении. Однако, поскольку они встроены в систему, их необходимо полностью удалить из линии для проверки и/или выполнения технического обслуживания.

    Рисунок 2: Подпружиненные рабочие компоненты прямоточного обратного клапана: корпус клапана (A), диск (B), пружина (C) и направляющая (D).

    Подпружиненный Y

    Подпружиненные Y-образные обратные клапаны работают очень похоже на встроенные подпружиненные обратные клапаны. Отличие в том, что пружина и подвижный диск расположены под углом. Это создает форму «y», отсюда и название клапана. Он работает точно так же, как линейный клапан, но, поскольку подвижные компоненты расположены под углом, его можно осматривать и обслуживать, пока он все еще подключен к системе.Однако они крупнее и занимают больше места в системе.

    Y-обратный клапан

    Мяч

    В шаровом обратном клапане используется свободно плавающий или подпружиненный шар, который опирается на седло уплотнения для закрытия отверстия. Уплотнительное седло обычно имеет конусообразную форму, чтобы направить шар в седло и создать надежное уплотнение, тем самым останавливая обратный поток. Когда давление жидкости на входе превышает давление срабатывания, шар смещается со своего места и позволяет течь.Когда входное давление не превышает давления открытия или есть противодавление, шар закроется под действием противодавления или пружины, эффективно закрывая отверстие.

    Рис. 4. Подпружиненный шаровой обратный клапан в открытом положении, пропускающем поток (A), и в закрытом положении, препятствующем обратному потоку (B)

    Мембрана

    Мембранные обратные клапаны

    состоят из резиновой диафрагмы, которая открывается при увеличении входного давления. Обычно эти типы клапанов имеют свободно плавающую самоцентрирующуюся диафрагму, что делает их нормально открытыми (НО).Это означает, что нет «давления срабатывания», однако они могут быть нормально закрытыми (NC), и тогда требуется входное давление для преодоления эластичности диафрагмы. На рис. 5 слева показан нормально открытый обратный клапан с диафрагмой, так как давление на входе «минимальное», а среда все еще проходит. По мере увеличения давления на входе диафрагма изгибается и открывается, позволяя потоку проходить, как показано на рис. 5 в середине. Если возникает обратное давление (или это нормально закрытый обратный клапан с диафрагмой), диафрагма будет прижата к отверстию и герметизирует его, чтобы предотвратить обратный поток, как показано на рисунке 5 справа.Благодаря нормально открытому типу мембранные обратные клапаны идеально подходят для применения в условиях низкого давления или вакуума.

    Рис. 5: Мембранный обратный клапан нормально открыт (слева), открыт под давлением на входе (посередине) и закрыт под давлением обратного потока (справа).

    Лифт

    Подъемный обратный клапан состоит из направляющего диска, который приподнимается (поднимается) над седлом клапана для обеспечения потока среды. Для преодоления силы тяжести и/или пружины требуется давление открытия, а направляющая удерживает диск на вертикальной линии, чтобы диск можно было установить на место с правильным выравниванием и уплотнением.Чаще всего подъемные обратные клапаны требуют, чтобы среда поворачивалась на 90 градусов, как показано на рис. 6, но есть подъемные обратные клапаны, которые расположены в линию или под углом. Когда входное давление падает ниже давления открытия или возникает противодавление, клапан закрывается под действием силы тяжести, пружины и/или с помощью противодавления. Если нет пружины, помогающей закрывать, важно установить монтажную ориентацию относительно силы тяжести, чтобы гарантировать, что диск закроется под действием силы тяжести.

    Рис. 6: Поднимите обратный клапан слева в открытом положении, справа в закрытом положении.

    Качели

    Поворотные обратные клапаны

    также обычно называют обратными клапанами с наклонным диском. Они состоят из диска на шарнире (или цапфе), который открывается под действием входного давления. При уменьшении входного давления или наличии обратного потока диск закрывается. Если нет пружины, помогающей закрывать, важно установить монтажную ориентацию относительно силы тяжести, чтобы гарантировать, что диск закроется под действием силы тяжести. На рис. 7 показан пример поворотного обратного клапана.

    Рис. 7: Поворотный обратный клапан.Крышка с болтовым креплением (A), петля или цапфа (B), корпус клапана (C), диск (D), уплотнение (E)

    Стоп

    Запорный обратный клапан обычно представляет собой подпружиненный Y-образный обратный клапан или подъемный обратный клапан, но он имеет функцию ручного управления. Это позволяет им функционировать как обычный обратный клапан и предотвращать обратный поток, однако существует внешний механизм, который можно использовать для его блокировки и поддержания клапана в открытом или закрытом состоянии. Таким образом, этот клапан может функционировать как два клапана в одном. Они широко используются в электростанциях, циркуляционных котлах, парогенераторах, охлаждении турбин, системах безопасности.

    Figuur 8: Terugslagklep: Figuur 1 toint de klep gesloten door de veer, in figuur 2 overwint de druk de veerkracht waardoor de klep opengaat, in figuur 3 wordt de klep geopend door of act, zodat de klep open blijft. De onderdelen van een afsluiter omvatten: Aandrijving (A), bedieningsas en schroefdraad (B), veer (C), en schijf (D).

    Бабочка или пластина

    Дроссельные обратные клапаны и межфланцевые обратные клапаны могут использоваться взаимозаменяемо. Они состоят из диска в виде бабочки или вафли, который находится на шарнире и пружине.Когда давление на входе превышает давление открытия, две стороны открываются, как показано на рисунке 9. Когда давление на входе уменьшается или возникает обратный поток, пружина шарнира (или противодавление) закрывает диск, эффективно герметизируя его. Этот тип клапана обеспечивает прямолинейный поток среды с минимальными препятствиями.

    Рисунок 9: Дроссельный или межфланцевый обратный клапан

    Клапан «утконос»

    Рисунок 10: Обратный клапан типа «утконос»

    Клапаны типа «утконос»

    позволяют потоку проходить через мягкую трубку, конец которой имеет естественную уплощенную форму, как показано на рис. 10.Эта сплющенная форма напоминает утиный клюв, отсюда и название типа обратного клапана. Поток открывает уплощенный конец утконоса, позволяя жидкости проходить, как показано на рис. 11 слева. Когда давление с входной стороны снимается, конец утконоса возвращается в свое уплощенное состояние, тем самым перекрывая поток, как показано на рисунке 11 справа.

    Рисунок 11: Обратный клапан типа «утконос» со стрелками направления потока

    Донный клапан

    Рисунок 12: Донный клапан

    Донный клапан представляет собой простой обратный клапан в сочетании с сетчатым фильтром на входной стороне, который устанавливается в конце секции трубопровода/шланга, поскольку их вход не имеет точки соединения.Обычные типы обратных клапанов, входящие в состав донных клапанов, представляют собой встроенные пружинные или встроенные шаровые обратные клапаны, поэтому они пропускают поток только в одном направлении и закрываются с помощью пружины. У них есть сетчатый фильтр на входной стороне, чтобы предотвратить попадание мусора в обратный клапан, который может засорить или повредить что-то ниже по потоку. Обычно они устанавливаются на конце всасывающей линии насоса водяной скважины, топливного бака или любого другого устройства, где всасывающая линия расположена ниже насоса.Таким образом, их можно использовать для поддержания насоса в рабочем состоянии, предотвращения обратного откачивания жидкости и предотвращения попадания мусора в линию. На рис. 12 показан пример обратного клапана.

    Материалы

    Латунь

    Латунные обратные клапаны

    обладают превосходными свойствами для приложений, использующих воздух, воду, масло или топливо. Однако он не устойчив к морской, очищенной или хлорированной воде. Они менее устойчивы к нагреву и коррозии по сравнению с нержавеющей сталью и обычно используются для небольших приложений с низким давлением.

    Нержавеющая сталь

    Обратные клапаны из нержавеющей стали

    обладают превосходной коррозионной стойкостью, термостойкостью, устойчивостью к низким температурам и отличными механическими свойствами. Для приложений, не требующих высокой прочности или сопротивления, нержавеющая сталь обычно не является экономически эффективным решением по сравнению с обратными клапанами из ПВХ или латуни.

    ПВХ (поливинилхлорид)

    Обратные клапаны из ПВХ

    часто используются в системах орошения и управления водными ресурсами. Они устойчивы к коррозии в большинстве агрессивных сред, таких как морская вода, кислоты, щелочи, растворы хлоридов и органические растворители.Однако они не устойчивы к ароматическим и хлорированным углеводородам и обычно имеют максимальную температуру около 60°C.

    Полипропилен (ПП)

    Клапаны обратные полипропиленовые

    применяются для воды, агрессивных сред и жидких пищевых продуктов. Они устойчивы к большинству агрессивных сред, таких как неорганические кислоты, основания и водные растворы, которые быстро разъедают металлы. Однако они не устойчивы к концентрированным кислотам и окислителям и обычно имеют максимальную температуру около 80°C.

    Критерии выбора

    Обратные клапаны

    имеют следующие критерии, которые следует учитывать при выборе одного из них для вашего применения:

    1. Совместимость материала со средой
    2. Размер линии для точек подключения
    3. Требования к максимальному давлению и давлению открытия
    4. Монтажное положение горизонтальное или вертикальное
    5. Размеры конверта
    6. Потребность в доступности для проверок и ремонта
    7. Температура (внешняя и среда)

    Приложения

    Из-за того, как работают обратные клапаны, они обычно используются по одной из четырех различных причин в различных приложениях:

    • Для защиты нижестоящего оборудования от повреждений обратным потоком
    • Для предотвращения загрязнения из-за обратного потока
    • Для предотвращения сифонирования
    • Для сохранения вакуумного уплотнения

    Благодаря своему назначению они используются почти во всех отраслях промышленности.Они используются на обычных бытовых приборах, таких как посудомоечные машины, стиральные машины и линии сточных вод. В промышленных целях они используются в котлах, печах, газовых системах, насосных установках или вакуумных системах. Они также часто используются на линиях подачи воды и CO2 в качестве обратных клапанов для аквариумов. Два из наиболее распространенных применений обратных клапанов предназначены для воды и воздуха, поэтому они обсуждаются более подробно ниже.

    Обратные клапаны для воды

    Обратные клапаны

    используются во многих системах водоснабжения, таких как питьевая вода и сточные воды, и называются просто односторонними водяными клапанами.При использовании с питьевой водой они гарантируют, что никакая среда из окружающей среды (выходная сторона клапана) не может попасть в систему с безопасной чистой питьевой водой и загрязнить ее. При работе со сточными водами они гарантируют, что сточные воды не смогут повторно попасть в систему и вызвать перелив или дополнительное загрязнение. Для перекачки воды часто используется обратный клапан, чтобы предотвратить попадание мусора в линию и поддерживать внутреннее давление для заливки. Клапаны типа «утконос» также можно использовать для сброса воды в водопровод.Обратные клапаны дренажного насоса гарантируют, что сбрасываемая вода не вернется в дренажный насос под действием силы тяжести, когда насос выключен.

    Пневматический обратный клапан

    Пневматический обратный клапан или воздушный обратный клапан пропускает воздух внутрь и предотвращает его выход. Их часто просто называют односторонними воздушными клапанами. Наиболее распространенным применением является воздушный компрессор. Они позволяют компрессору поддерживать давление в одних частях и разгерметизировать другие части. Они могут располагаться на поршневом компрессоре (впускной и выпускной), воздушном ресивере, нагнетательном патрубке и т. д.

    Часто задаваемые вопросы

    Что такое символ обратного клапана?

    Символ обратного клапана можно увидеть на рис. 13. Он указывает на то, что он допускает поток, а вертикальная линия показывает, что он не допускает обратного потока.

    Рисунок 13: Символ обратного клапана

    Для чего нужен обратный клапан?

    Основная цель обратного клапана в системе — предотвратить обратный поток, который может повредить оборудование или загрязнить среду вверх по течению.

    Каковы распространенные проблемы с обратным клапаном?

    Общие проблемы с обратным клапаном: шум, гидравлический удар, вибрация, обратный поток, залипание, утечка и износ/повреждение компонентов.Во избежание проблем крайне важно, чтобы обратный клапан был правильно выбран для применения и среды. Двумя наиболее распространенными проблемами из-за неправильной спецификации являются обратный поток и гидравлический удар. В обоих случаях следует использовать быстрозакрывающийся обратный клапан. Обратный поток может возникнуть, если обратный клапан не закрывается достаточно быстро, и может возникнуть гидравлический удар, если возникают скачки давления, вызывающие ударные волны в среде.

    Остановит ли обратный клапан гидравлический удар?

    Обратный клапан может предотвратить гидравлический удар, если он быстро срабатывает.Это предотвращает скачки давления, которые создают ударные волны во всей среде. Эти ударные волны могут повредить оборудование, опоры труб и даже разорвать трубопроводы из-за вибрации.

    В какой ориентации должен быть установлен обратный клапан?

    Обратные клапаны

    необходимо устанавливать в соответствии с их входом и выходом, что часто показано стрелкой на корпусе клапана. Поскольку они пропускают поток только в одном направлении, если они установлены задом наперёд, они не будут работать должным образом. С точки зрения горизонтальности или вертикальности, это зависит от типа конструкции вашего клапана.Если у него есть пружина, подойдет любая ориентация. Если нет пружины, сила тяжести может повлиять на работу обратного клапана, поэтому, зная внутренние компоненты, вы сможете правильно установить его в горизонтальном или вертикальном положении.

    Почему мой обратный клапан не работает?

    Когда обратный клапан не работает, он обеспечивает обратный поток. Это может быть вызвано тремя возможными причинами: залипание, утечка или медленное закрывание. Если на линии нет фильтра, грязь или мусор могут попасть между диском и корпусом, удерживая его открытым.Из-за износа или коррозионной среды на материале диск или седло могут быть повреждены или разорваны, препятствуя надлежащему уплотнению и допуская обратный поток. Если клапан закрывается слишком медленно, может возникнуть минимальный обратный поток до того, как будет обеспечено надлежащее уплотнение. Убедитесь, что гравитация помогает конструкции, и/или ваша пружина достаточно быстрая, чтобы быстро закрыть клапан.

    ---

    Ежемесячный информационный бюллетень Tameson

    • Для кого: Вы! Существующие клиенты, новые клиенты и все, кто ищет информацию о контроле жидкости.
    • Почему Ежемесячный информационный бюллетень Tameson: Он четкий, без всякой ерунды и раз в месяц содержит актуальную информацию об отрасли управления жидкостями.

      No related posts.