Установка и чистка предохранительного клапана для бойлера

Устройство клапана и принцип работы

На изображении представлен комбинированный предохранительный и обратный клапан.

По порядку разберемся с устройством и принципом действиях обоих:

Обратный клапан

Комбинированный предохранительный и обратный клапан — устройство

Используется для сохранения направления жидкости и предотвращения порчи оборудования из-за неправильной эксплуатации. Редко, но случаются ситуации, когда отключают воду, кто-нибудь оставляет кран открытым – и воздух заполняет трубы, заставляет жидкость течь в обратном направлении.

Он устанавливается по направлению тока жидкости, благодаря чему его пружина (изображена на схеме) сжимается и пропускает воду. Если поток останавливается и меняет свое направление, то пружина автоматически снова прижимается и не дает ему двигаться обратно.

Предохранительный клапан давления

Работает по схожему принципу, но уже с паром. Пружина в каждом клапане настроена на определенное близкое к критическому для системы давление, при котором пар давит снизу на пружину с таким усилием, что она плавно поджимается, стравливая избыточное давление.

Если возникает необходимость, то давление можно спустить и вручную – с помощью ручки сверху клапана.

Под клапаном со временем может накапливаться налет и накипь, из-за чего нарушается плотность прилегания уплотнительного кольца к основанию, и клапан может начать постоянно течь.

В худшем случае запор может прикипеть к основанию – такой клапан уже не способен спускать давление. Поэтому рекомендуется проверять все предохранительные устройства два раза в год.

Как работает такой клапан?

Предохранительный клапан бойлера выполняет функции и обратного клапана, что отражается на его конструкции. Схематично изделие можно представить как два тонкостенных цилиндра, расположенных по отношению друг к другу под прямым углом, имеющих разные размеры, наделенных общей рабочей полостью.

Если посмотреть внутрь  цилиндра большего размера, то можно увидеть установленный там обратный клапан, в конструкцию которого входит тарелка, пружина и седло, выточенное в корпусе изделия. Резьба, нанесенная с обеих сторон этой части защитного прибора, позволяет присоединять его к вводному патрубку электробойлера.

Внутри цилиндра меньшего размера также содержится запорное устройство, аналогичное по конструкции описанному выше обратному клапану, и отличающееся от него лишь наличием более жесткой пружины.

В большинстве моделей предохранительных клапанов имеется функция регулировки давления открытия, производимая путем изменения степени сжатия пружины. Дренажное отверстие находится непосредственно за запирающим механизмом. К данному отверстию рекомендуют подсоединять прозрачную трубку, позволяющую наблюдать за сбрасываемой из бака водой.

Вид с трех ракурсов на конструкцию предохранительного клапана, использующегося при подключении водонагревательного оборудования накопительного типа

Действует предохранительный клапан по следующему алгоритму.

• При открытом положении крана, вмонтированном на вводной магистрали, вода беспрепятственно проходит в емкость сквозь отверстие, получившееся в результате оттягивания тарелки обратного клапана от седла. При этом к дренажному отверстию поступающая жидкость доступа не имеет, потому что предохранительная пружина имеет жесткость, рассчитанную на более высокое давление по сравнению с водопроводным значением этой величины.
• В момент полного заполнения бойлера происходит выравнивание уровня давления в баке и в магистрали, из-за чего обратный клапан закрывается. Увеличение температуры нагреваемой воды в накопительной емкости вызывает рост силы давления на тарелку обратного клапана, которая еще крепче прижимается к седлу. Поэтому возвратиться нагретая вода в трубы холодного водоснабжения уже не может.
• Когда пользователи начинают расходовать горячую воду на бытовые нужды, давление внутри водонагревателя начинает падать и достигает значения, меньшего, чем водопроводная величина. В этот момент тарелка отжимается от седла и начинается процесс наполнения бака водой.
• Если произойдет поломка терморегулятора, то начнется бесконтрольный рост температуры, который вызовет повышение давления до критического уровня. Вот тут в результате сжатия пружины предохранительного клапана появится возможность для оттока лишней жидкости через дренажное отверстие в систему канализации через прозрачный шланг.

Маленький рычаг необходим для принудительного открытия дренажного отверстия, через которое происходит сброс воды и понижение давления

Устройство предохранительных клапанов

Предохранительный клапан – это специальная трубопроводная арматура, функционирующая от рабочей среды. Существуют различные типы предохранительных устройств, но сбросные клапаны пользуются наибольшей популярностью благодаря эффективности работы при относительной несложности конструкции.

Конструкция предохранительного клапана зависит от его типа, но чаще применяются клапаны с пружинным механизмом прямого действия, обязательными компонентами которых являются задатчик с запорным органом. Задатчик отвечает за силовое воздействие на чувствительный элемент, непосредственно связанный с запорным органом, состоящим из запора и седла. В роли затвора обычно выступает золотник, а в качестве задатчика используется стальная пружина.

Грузовые аккумуляторы

Грузовые аккумуляторы отличаются простотой конструкции и надежностью в работе. К недостаткам их относится малая емкость жидкости и инерционность ввиду большой массы груза.

Рис. 65. Грузовой аккумулятор

1 – переливное отверстие; 2 – крестовина; 3 – груз; 4 – шток; 5 – цилиндр; 6 – основание

Рис. 66. Пневмогидравлический аккумулятор

1 – управляющая колонка; 2 – пневмогидравлический баллон; 3 – пневматические баллоны

Грузовой аккумулятор (рис. 65) состоит из основания с цилиндром штока и подвешенных через крестовину грузов.

Жидкость подводится в нижнюю часть аккумулятора, поднимая шток с грузом. В зависимости от площади штока и веса груза определяется давление аккумуляторов. Для предотвращения выбрасывания жидкости аккумулятора в верхней части цилиндра устанавливается переливное отверстие.

Обратный клапан

При установке нескольких насосов каждый из них подключается к магистрали через обратный клапан. При остановке насоса или переводе его на холостой ход прекращается переток жидкости из магистрали к насосу. Обратный клапан (рис. 64) состоит из корпуса и клапана, прижимаемого пружиной на конусное седло. При воздействии давления снизу клапан открывается и жидкость перетекает в прямом направлении. При остановке насоса переток жидкости прекращается и противодавлением клапан опускается вниз, прижимаясь к седлу и предотвращая движение жидкости в обратном направлении.

Рис. 64. Обратный клапан

1 – клапан; 2 – пружина; 3 – конусное седло; 4 – корпус

Устройство гидроаккумулятора и их разновидности

На гидравлических станциях средней и большой мощности для стабилизации давления при переменном расходе жидкости применяют аккумуляторы. В момент большого расхода аккумулятор отдаст масло в магистраль, в момент малого расхода заряжается. Применяют аккумуляторы многих типов, но наиболее широко распространены грузовые и пневматические.

Принцип работы предохранительного клапана

На рисунке показан предохранительный клапана седельного типа.

Основными элементами предохранительного клапана являются:

1. корпус;
2. пружина;
3. запорно-регулирующий элемент;
4. седло.

В исходом состоянии усилие Fпр пружины 2 прижимает запорно-регулирующий элемент (конус) 3 к седлу 4. Напорная линия отделена от сливной.

В случае если сила Fг давления потока на запорно-регулирующий элемент превысит силу Fпр, конус сместится вверх, пропуская поток из напорной линии в сливную.

При отсутствии давления в линии слива величина усилия Fг определяется по формуле:

Fг=Рн×А

Где А — площадь уплотняемой поверхности.

Регулировка давления настройки предохранительного клапана осуществляется путем изменения предварительного поджатия пружины.

Выбор аварийной арматуры

При проектировании системы водоснабжения, отопления или технологической установки необходимо четко определить предельные значения давления, допустимые для ее компонентов или участков сети. При этом учитываются такие параметры, как:

• производительность бойлера или главного насоса;
• объем и рабочая температура рабочей среды;
• особенности ее циркуляции.

Исходя их этого, определяют тип, сечение, пропускную способность, пороговое значение срабатывания, скорость срабатывания и время возвращения в исходное состояние, а также количество и места монтажа предохранительной арматуры.

В бытовых отопительных системах чаще всего применяются пружинные клапаны. Для жидкостных сред вполне достаточно использовать устройства низкого или среднего подъема. Пропускная способность должна обеспечивать быстрый сброс напора до допустимых величин.

Конструкция корпуса определяется местом сброса излишнего количества рабочей среды. Если она будет сбрасывать непосредственно в окружающую среду- достаточно клапана открытого типа. Если сброс должен происходить в дренаж- потребуется корпус с выходным патрубком соответствующего типа присоединения. Чаще всего используют резьбовой или ниппельное.

Ни в коем случае нельзя приобретать клапан с завышенным относительно расчетного порогом срабатывания. Такое устройство не откроется в нужный момент. Это может привести к повреждению оборудования или даже к полной аварии системы.

Предохранительные клапаны непрямого действия

Характеристика клапана непрямого действия

Предохранительные клапаны обычно устанавливаются в напорную линию параллельно. В случае достижения давления настройки предохранительный клапан открывается и пропуская поток (или часть потока) из напорной линии в сливную.

Настройка предохранительных клапанов

Проверка предохранительных клапанов проходит в несколько этапов:

1. Настройка давления, которое устанавливается немного выше предельного рабочего давления.
2. Проверка напора при открытии, оно не должно превышать минимальное. Соответствует нормальному режиму работы. Настроить давление в пружинном предохранительном клапане можно с помощью вращения регулирующего винта, который сжимает пружину. Рычажной настраивается изменением массы груза.
3. Проверка полного открытия и закрытия.

Настройку можно не проводить для предохранительных устройств, в которых давление фиксируется заводом изготовителем.
Предохранительный клапан можно считать готовым к эксплуатации, если обеспечена воздухо- и водонепроницаемость, хорошо открывается и закрывается затвор, давление начала открытия и закрытия имеют отклонения в пределах допустимого для данного вида (смотреть паспорт устройства).

После всех манипуляций по настройке обязательно следует пломбировка, присвоение номера и нанесение его на корпус защитного устройства (или на табличку, приваривается она к корпусу клапана на ней указывается: место монтажа, давление), составить эксплуатационную карточку или технологический паспорт.

Классификация предохранительных клапанов

По принципу действия

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

По характеру подъёма замыкающего органа

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

По высоте подъёма замыкающего органа

• малоподъёмные
• среднеподъёмные
• полноподъёмные

По виду нагрузки на золотник

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

Для чего необходим предохранительный клапан

Предохранительный клапан, входящий в комплект поставки любого накопительного водонагревателя, является неотъемлемым элементом группы безопасности данного прибора. Эксплуатировать водонагреватель без него запрещено производителем, да и попросту небезопасно. У любого водонагревателя есть рабочее давление воды, имеющее как минимальный порог (минимально необходимое давление для нормальной работы прибора), так и максимальный порог (превышение которого может повредить прибор). Максимальный порог, в свою очередь, складывается из двух величин:

1. Давление в магистрали водоснабжения. Это давление, с которым подается вода в прибор.
2. Давление, возникающее в емкости водонагревателя при нагреве воды.

Предохранительный клапан рассчитан на давление не большее, чем максимальное рабочее давление водонагревателя. Монтаж клапана осуществляется в соответствии с руководством по эксплуатации на конкретную модель водонагревателя. У большинства моделей водонагревателей он монтируется на патрубок подачи холодной воды и выполняет следующие функции:

• предотвращает самопроизвольный слив воды из водонагревателя при отключении подачи холодной воды в магистральной сети;
• сбрасывает избыточное давление во внутреннем баке водонагревателя;
• может использоваться для слива воды из прибора;

Теперь разберемся в данных функциях поподробней:

На рисунке выше представлен предохранительный клапан в разрезе. Одним из его элементов является механизм обратного клапана. Именно он отвечает за удержание воды в емкости ЭВН и не допускает ее обратного хода в систему водоснабжения

Соответственно при установке клапана важно не допустить повреждения этого механизма, поэтому производители рекомендуют производить закрутку на 3-3,5 оборота резьбы. В клапанах, предлагаемых нашей компанией, данная проблема решена системно, посредством ограничительной металлической площадки, дальше которой нельзя будет накрутить клапан, а значит и невозможно повредить механизм обратного клапана

Следующим элементом по списку, но не по важности, идет механизм предохранительного клапана. Как уже было сказано ранее, для любого ЭВН есть максимальный порог давления воды, который складывается из двух показателей: давление в системе водоснабжения и давление, возникающее при расширении воды при нагреве

Когда суммарное давление начинает превышать значение максимального порога – шток начинает сжимать пружину предохранительного клапана и таким образом открывает отверстие штуцера для слива воды. Происходит сброс давления и водонагреватель продолжает работать в нормальном режиме.

Отсюда есть несколько важных моментов, на которых бы хотелось заострить Ваше внимание:

Важно знать давление в своей системе водоснабжения, при высоком его значении вероятность постоянного срабатывания предохранительного клапана существенно возрастает. В этом случае рекомендуется установить редуктор для понижения магистрального давления в сети

Редуктор не входит в комплект поставки ЭВН и приобретается отдельно.

Категорически запрещается ограничивать движение рукоятки принудительного сброса давления, жестко фиксируя ее в штатном положении, так как это приводит к невозможности движения штока предохранительного механизма и таким образом не позволяет сбросить избыточное давление.

Поскольку, сброс избытка давления сопровождается появлением капель воды из штуцера для слива воды – рекомендуется сделать отвод от штуцера предохранительного клапана (достаточно какой-либо гибкой трубки или шланга) в канализацию (раковину, ванну, сливной бачок или сифон). Еще одна функция предохранительного клапана – слив воды из прибора. В силу своей времязатратности (это не самый быстрый процесс, особенно для больших объемов), этот способ актуален в основном в тех случаях, когда при монтаже прибора не была предусмотрена возможность быстрого слива воды. Для этого необходимо: отключить ЭВН от сети, перекрыть подачу в него холодной воды и открыть кран горячей воды на точке водозабора(смесителе). После этого, поднять рукоятку принудительного сброса воды и произвести слив через штуцер.

ВНИМАНИЕ!!! Предохранительный клапан не предназначен для защиты прибора от резких скачков давления в водопроводной сети. Для решения данной проблемы в систему устанавливается специальный прибор – гаситель гидроударов

Запрещается использование накопительного водонагревателя без предохранительного клапана, или же с клапаном, давление которого превышает максимально установленное для данного прибора. В случае указанных выше нарушений, гарантийные обязательства потребителя на водонагреватель не распространяются.

3 Обслуживание и устранение поломок

Для того чтобы защитный клапан качественно выполнял свои функции, ему нужен должный уход. Благодаря простым действиям можно значительно увеличить период эксплуатации и избежать большинства поломок.

Перечень профилактических мероприятий:

1. 1. Примерно 1 раз в несколько месяцев следует промывать защитное устройство от образовывающейся накипи и чистить от ржавчины. Для выполнения этой операции достаточно выполнять ручной сброс жидкости при помощи специальной рукоятки.
2. 2. В теплоносителе обязательно будут содержаться мелкие частицы, которые постепенно осядут на дно резервуара. При опустошении ёмкости посторонние взвеси могут застревать в пружине стравливания и блокировать её работу. Чтобы этого не произошло, не рекомендуется пользоваться защитным приспособлением для слива теплоносителя из бака.

В процессе работы водонагревателя могут возникать различные проблемы. Для их устранения можно вызвать специалистов или выполнить ремонт самостоятельно. Второй вариант более дешёвый, но требует определённых знаний и навыков.

Проблемы и способы их решения:

1. 1. При низкой температуре нагрева бойлера наблюдается вытекание воды из штуцера. Причиной такой поломки чаще всего становятся частицы мусора, находящегося в теплоносителе. Для устранения проблемы следует полностью открыть сливной канал и тщательно промыть приспособление. Если эти действия не помогли устранить течь, то защитный механизм нуждается в замене.
2. 2. Из предохранительного устройства постоянно вытекает вода. В этом случае причиной неисправности является ослабленная пружина, прижимающая седло. Так как этот элемент не подлежит замене, необходимо будет покупать новое приспособление. Другими факторами, влияющими на работу запорного клапана, может стать резкое увеличение давления в системе холодного водоснабжения, а также малый объём расширительного бака. Устранить поломку можно благодаря установке дополнительного бачка.
3. 3. Из штуцера не течёт вода. Первым делом следует проверить исправность всех кранов и герметичность системы горячего водоснабжения. Если не выявлено никаких поломок, то следует заменить поломанное защитное устройство на новое.

Предохранительный клапан для водонагревателя — это очень важный и полезный механизм. С его помощью можно предотвратить резкие перепады давления в системе отопления, а также снизить вероятность возникновения аварийной ситуации.

Принцип работы предохранительного клапана

Циркулирующий в системе теплоноситель оказывает давление на пружину, которая срабатывает (сжимается) при превышении давления настройки и теплоноситель сбрасывается через отводящий патрубок. После того, как давление в системе снизилось до настроечного, клапан закрывается и спуск теплоносителя прекращается.

Примечание! Сбросной клапан срабатывает примерно на 3% раньше, чем достигается давление настройки. Полностью клапан открывается, когда давление превышает настроечное на 10-14% (в зависимости от модели). Устройство полностью закрывается только по достижению давления на 10-20% меньше, чем настроечное, т.к. выходящий теплоноситель создает дополнительное динамическое давление.

Преимущества применения предохранительных клапанов

Сбросные клапаны активно используются для предохранения от возникновения неполадок в системах, работающих под высоким давлением. Преимущества использования клапанов, обеспечивающих нормализацию давления в системе, очевидны:

• Невысокая цена устройства при длительном сроке эксплуатации.
• Простота конструкции и легкость в эксплуатации.
• Несложность монтажа и выбора рабочих настроек.
• Разнообразие типов и габаритных размеров позволяет подобрать наиболее подходящий сбросной клапан в зависимости от технических характеристик системы.
• Возможность использования устройств в агрессивной среде.
• В зависимости от типа устройства бывают клапаны, которые устанавливаются как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

Предохранительный клапан – относительно недорогой и надежный элемент, который является обязательной частью любой системы, работающей под высоким давлением. Правильный выбор предохранительного устройства, профессиональный монтаж, своевременное обслуживание и устранение неполадок обеспечит бесперебойное функционирование системы на протяжении длительного времени.

Различия в конструкциях

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

По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:

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

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

• жидкостных систем высокого давления;
• газов.

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

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

Пружинные клапаны

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

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

Рычажно-грузовые клапаны

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

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

Магнито-пружинные клапаны

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

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

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

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

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

Принцип действия

На поясняющем рисунке  — чертёж типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия

Это интересно: Передняя бабка токарного станка по дереву и металлу — устройство, назначение