Принцип работы предохранительного клапана

Установка и регулировка узла безопасности

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

Устанавливается клапан на водонагреватель в такой последовательности:

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

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

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

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

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

Разновидности клапанов предохранительного типа

Существуют разные типы предохранительных клапанов, которые классифицируются по наличию определенных признаков.

По принципу действия выделяют два типа сбросных клапанов:

• Клапаны прямого действия срабатывают непосредственно под воздействием рабочей среды.
• Клапаны сбросные обратного действия реагируют на силу постороннего источника давления или открываются под воздействием электричества.

По типу подъема замыкающего органа сбросные предохранительные клапаны подразделяют на:

• Устройства пропорционального действия, которые чаще используются для несжимаемой среды, хотя конструкция предусматривает возможность применения для сжимаемых сред. Клапаны открываются пропорционально росту давления в системе, с подъемом затвора клапан сбрасывает рабочую среду равномерно.
• Устройства двухпозиционного действия моментально открываются на полный ход, когда достигается предельное давление клапана. Применяются для сжимаемых сред (пар, воздух, газы).

В зависимости от высоты подъема замыкающего органа:

• Малоподъемные клапаны, высота подъема в которых составляет около 0,05 диаметра седла, характеризуются минимальной пропускной способностью, поэтому не подходят для мощных промышленных систем. Устройства обычно имеют пропорциональный механизм действия и отличаются простотой конструкции.
• В полноподъемных клапанах, которые, как правило, функционируют на основании двухпозиционного механизма, высота подъема устройства равняется или превышает диаметр седла. Клапаны имеют высокую пропускную способность и характеризуются более сложной конструкцией, нежели малоподъемные устройства, поэтому их стоимость выше

По типу оказываемой нагрузки на золотник клапаны сбросные подразделяют на:

• Рычажно-грузовые или грузовые клапаны – устройства, в которых давлению противодействует усилие, создаваемое рычажно-грузовым механизмом. В зависимости от массы груза и длины рычага определяется давление срабатывания и диапазон давлений.
• В пружинных клапанах внутрисистемному давлению противодействует предохранительный пружинный механизм. Сила сжатия стальной пружины определяет давление, при котором срабатывает пружинный механизм. Диапазоны настройки пружинного клапана зависят от упругости пружины. Невысокая цена, простота и надежность конструкции делают пружинные клапаны оптимальным вариантом для различных инженерных систем и маломощных промышленных установок.

Виды клапанов

Обратные клапаны имеют одинаковое назначение, но могут различаться по строению и способу эксплуатации.

Шаровые

Затворным элементом в таких агрегатах выступает шар из металла определённых видов (стали, алюминия и др.). Резиновое покрытие детали увеличивает срок её службы.

Движущийся в определённом направлении поток теплоносителя переносит шарик в верхнюю полость клапана.

При смене курса перемещения жидкости элемент опускается на исходную позицию и перекрывает ей путь по трубе.

Плюсы таких деталей:

• возможность ремонта – крышка на верхнем отсеке корпуса даёт доступ к внутреннему механизму устройства;
• надёжность – прибор лишён перемещающихся и образующих трение деталей, благодаря чему он может работать в разных положениях и меньше подвергаться поломкам;
• небольшое гидравлическое сопротивление.

Минусы:

• значительный диаметр препятствует применению устройств в бытовых системах с небольшим сечением;
• при горизонтальной установке крышка должна располагаться наверху для возможности поднятия затвора, вертикальный монтаж предполагает обязательное движение потока жидкости вверх;
• малое давление в системе препятствует правильной работе агрегата (для поднятия шарика необходим напор в 25 бар).

Дисковые

Изделия этого вида снабжены дисковым затвором, сделанным из металла или пластика. Размеров этого элемента достаточно для полной блокировки потока, направляющегося в неверную сторону.

К диску подсоединяется пружина из стали, которая остаётся сжатой при прямом течении жидкости. Со сменой направления потока элемент распрямляется и приводит в движение заслонку, перекрывающую трубу.

Специальный уплотнитель обеспечивает плотность посадки затвора, исключающую протечки.

Такие устройства задействуются в домашних отопительных системах и обладают рядом положительных качеств:

• не нуждаются в периодическом обслуживании;
• имеют невысокую стоимость;
• обладают малым весом и компактными размерами, расширяющими сферу их применения.

У изделий также есть и недостатки:

• невозможность ремонта (неисправные детали подлежат замене);
• большое гидравлическое сопротивление;
• отложение минеральных остатков, приводящих к выходу из строя агрегата;

Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем

Обычные дисковые устройства образуют гидроудар при закрытии, что негативно сказывается на общем состоянии системы. Этот недостаток компенсируется присутствием на некоторых моделях специального механизма, обеспечивающего плавное блокирование потока. Но такие приборы имеют более высокую стоимость.

Лепестковые

Блокировочным механизмом в конструкциях подобного типа является тонкая стальная пластина. Она фиксируется на шарнирах, приводящих её в движение.

Лепестковые агрегаты бывают двух видов:

• Одностворчатые – оснащены пластинкой, вращающейся вокруг собственной оси. Перемещающийся теплоноситель приподнимает створку, освобождая отверстие, при возвращении жидкости затвор опускается, блокируя проход. Этот процесс происходит с участием пружины или без неё.
• Двустворчатые – обладают парой пластин, прикреплённых к вращающейся оси по центру трубы.

Преимущества лепестковых моделей:

• возможность работы без пружин, что допускает их установку в самотечных трубопроводах;
• доступная стоимость.

Недостатки:

повышенное давление (особенно в двустворчатых вариантах конструкции).

Подъёмные

В составе таких приборов присутствует золотник, беспрепятственно перемещающийся вокруг вертикальной оси. Давление жидкости переносит запорный элемент с посадочного седла, открывая доступ в трубу.

Снижение напора или смена его направления возвращает золотник в исходное положение, блокируя воду.

Плюсы подъёмных механизмов:

• низкая восприимчивость к качеству проходящего теплоносителя;
• надёжность, обеспечивающаяся простотой конструкции;
• ремонтопригодность – доступ к компонентам через верхнюю крышку.

Минусы:

возможность только вертикального монтажа.

Выбираем оптимальную модель

Пружинный предохранительный клапан в разрезе

Процесс подбора предохранительного клапана системы отопления должен основываться на ее эксплуатационных характеристиках. Для этого помимо параметров отопления нужно ознакомиться с нормативным документом – ГОСТ 24570-81, который подробно описывает критерии выбора.

Так как рычажно-грузовые механизмы применяются в больших трубопроводах, то будут рассмотрены условия для пружинных моделей предохранительного клапана для котла отопления. Они разделяются на несколько основных пунктов – требования к механизму, трубопроводам и материалу изготовления.

В конструкции перепускного клапана основными элементами являются пружина, шток и тарелка, на которую воздействует давление теплоносителя. В совокупности они должны формировать надежный механизм с точно рассчитанными параметрами. Главными из них являются условия срабатывания предохранительного клапана для системы отопления, подбор, установка.

Различают два этапа в работе устройства – время начала движения штока и полное открытие прохода для удаления излишка воды. Процентная разница значения давления между ними является основной характеристикой клапана. Кроме этого, она зависит от номинального значения давления в системе отопления.

Чем выше рабочее давление, тем быстрее должно срабатывать устройство. При этом витки пружины предохранительного клапана для отопления не должны соприкасаться друг с другом.

Регулировочный механизм обязательно защищен от непосредственного влияния горячей воды.

Так как при долгом простое возможно «залипание» пружины, то в устройстве должен присутствовать механизм проверки его работоспособности (шток для ручного оттягивания пружины).

Подвод трубопровода

Перед тем как подбирать предохранительный клапан для системы отопления, нужно правильно определиться с его диаметром. Он не должен быть меньше самого подводящего патрубка. В противном случае гидравлическое сопротивление не позволит устройству нормально выполнять свои функции. Обязательно предусмотрена защита сбросного предохранительного клапана для системы отопления от промерзания – воздействие минусовых температур негативно влияет на работу.

Во время монтажа предохранительный клапан системы отопления должен иметь уклон только в сторону котла. Это обеспечит минимальные гидравлические потери при воздействии давления на тарелку.

Материал изготовления

Корпус чаще всего изготавливается из латуни, так как этот материал имеет минимальный коэффициент температурного расширения, надежен и доступен в финансовом плане. Подбор предохранительного клапана системы отопления по этому параметру очень важен – при достижении максимального давления корпус не должен разрушаться.

Для предохранительного клапана отопления принцип работы заключается еще и в своевременной настройке значения давления срабатывания. Чтобы сделать это максимально быстро регулирующий блок изготавливается из специального термостойкого пластика. Он не изменяет своей геометрии и остается жестким даже при максимальной температуре воды.

Обвязка клапана в системе бойлера

Накануне инсталляции предохранительного устройства в системе защиты электрического нагревателя, его требуется отключить, и полностью сдренировать воду. Подрывные устройства устанавливают на входе исходной воды в емкость.

Сантехнический процесс очень простой, доступен домашнему мастеру любой квалификации. Запаковывают клапан ключом на 5 оборотов с применением уплотнителей. Вторым резьбовым выходом устройство стыкуется с водяными трубами.

Куда ставить предохранительный клапан

Многие пользователи задаются вопросом, куда ставить такое защитное устройство. Клапан ставится в разрыв водопровода, после задвижки на водопроводе и входным патрубком в нагреватель.

Другую запорно-регулирующую арматуру на этом промежутке не устанавливают. Предельный промежуток от входного патрубка в электробойлер до предохранительного устройства до 250 см.

Для многих модификаций разработана вертикально ориентированная установка конструкции, когда вода обязана двигаться снизу вверх. Нужное направление городской воды обозначено стрелкой на корпусе. К дренажному штуцеру на защитном устройстве подключается прозрачный ПХВ-шланг для вывода в систему водоотведения.

Для водопроводных сетей, которые страдают от скачков давления, рекомендуется установить редуктор. В процессе нагрева воды из защитного устройства подтекает вода, поэтому чтобы не заливать водой окружающее пространство устанавливают дренажный гибкий шланг.

Шланг лучше выбрать прозрачным, чтобы возможно было зрительно оценить функциональность защиты. Порой пользователи стараются убрать клапан подальше от подогревателя с обозрения.

Подобный вариант также допускается, при выполнении 2-х обязательств: на линии между защитным устройством и входом воды категорически воспрещено ставить запорно-регулирующую арматуру, нужно избегать длинных вертикальных участков водопроводных труб, поскольку они создают дополнительное давление на клапан, в результате чего может начаться процесс «холостого» подтекания.

Трехходовой клапан отопления

Обычно автоматикой котла не может быть обеспечена потребность в воде с разной температурой для нескольких контуров системы отопления. На помощь приходит трехходовой термостатический смесительный клапан системы отопления, который поддерживает необходимые тепловые параметры теплоносителя в контурах системы отопления, а также малом контуре системы.
На вид клапан походит на простой тройник, металл — бронза или латунь. Вверху данного тройника устанавливается регулировочная шайба, под которой имеется материал чувствительный к перепаду температур. И при необходимости он давит на рабочий шток, выходящий из корпуса. Основная задача клапана основана на удержании температуры теплоносителя на выходе в заданных пределах, путем добавления холодной или горячей воды. При неподходящих температурных изменениях, внешний привод клапана давит на шток. Далее конус выходит из седла и открывается проход между всеми каналами. В ходе работы, контроль за трехходовым клапаном согласно температуре исполняется наружным приводом.

Виды предохранительной арматуры

Предохранительные клапаны могут иметь различные механизмы привода клапана. Поэтому разделяют их следующие виды:

• пружинные;
• рычажные (рычажно-грузовые);
• импульсные (магнитно-пружинные);
• устройства с разрушающимися мембранами.

Для бытовых бойлеров применяют только пружинные клапаны. Они могут выполнять защитные функции и сбросного, и спускного, и сливного предохранителя.

Пружинный клапан сброса избыточного давления воды для водонагревателя состоит из корпуса, обратного и предохранительного клапанов с пружинами и выпускного штуцера. Многие модели имеют рычаг ручного открытия перепускного отверстия. Корпус имеет наружную резьбу на входе и внутреннюю на выходе.

Форма штуцера для выпуска воды может иметь просто круглый патрубок с буртиком на конце, либо патрубок «ёлочка». Обе формы служат для надежного удержания надеваемого шланга. Шланг используется для отвода избытка воды в дренаж.

На корпусе обязательно имеется отметка о величине предельного давления и стрелка, указывающая направление потока воды для заполнения бойлера.

Многие модели имеют рычажок для ручного открывания (не путать с рычажно-грузовыми клапанами, имеющими другой принцип действия механизма). При наличии рычага, можно в ручную проверить работоспособность клапана на бойлере. А так же воспользоваться им для слива воды из бака, в том числе и в аварийном случае. Такой рычаг еще называют подрывным, так он служит для подрыва клапана, то есть для отрывания от седла в случае прилипания. Хотя как раз это название пришло от рычажно-грузового вида.

Если установлена модель предохранительного устройства без рычага, то для слива воды необходимо установить дополнительный кран. И в такой модели уже не удастся проверить работу прибора в ручную. Дело в том, что отверстие штуцера клапана небольшое, около 5 мм. При большом содержании минеральных солей в воде и регулярном подкапывание, это отверстие забивается отложениями солей. Что может стать существенным препятствием для слива воды, при высоком давлении. Поэтому стоит раз в год проверять состояние такого отверстия.

Для водонагревателей с объемом бака свыше 100 литров предусмотрены узлы безопасности с предохранительным клапаном несколько больших размеров. Часто они комплектуются манометрами и шаровым краном для принудительного слива воды, не препятствующему работе предохранительного устройства. А кроме того, могут иметь регулировочный винт для задания величины давления срабатывания клапана.

Предохранительный клапан

Название прибора говорит само за себя. Основная его функция — это сброс непредвиденных нагрузок, которые могут возникнуть при тех или других обстоятельствах. Плюс дополнительно регулировка потока теплоносителя.

Кстати, устанавливать его можно на любом участке трубопровода

При этом важно не место, а удобство обслуживания, если такая необходимость вдруг возникнет

Виды предохранительных клапанов

• Самый простой вариант — это муфтовые предохранители из латуни. Конструкция их проста — с двух сторон нарезана резьба, а клапан представляет собой подпружиненный шток с прокладкой из EPDM. Это прямоточная модель, клапан которой открывается под давлением потока теплоносителя. Обратное давление перекрывает магистраль. Это один из самых дешевых приборов, но служит он очень долго, что проверено временем.
• Есть еще один латунный вариант, но с более сложной конструкцией, где трубы подключаются в перпендикулярных плоскостях. Здесь используется шток и пружина из нержавеющей стали. Устанавливают его непосредственно после циркуляционного насоса. Принцип действия такого устройства достаточно прост. Давление теплоносителя сдавливает пружину, которая начинает давить на шток. Тот открывает канал, через который теплоноситель выдавливается наружу из системы, спасая ее от разрывов труб и других элементов. Кстати, максимальная температура, которую может выдерживать клапан, составляет 120С.
• Существует большое количество разновидностей обратных клапанов, которые также входят в группу предохранительных. Их основная функция — не дать осуществиться противотоку теплоносителя, если в системе вдруг падает давление.

Есть несколько основных видов — дисковые, шаровые, флажковые и прочие. Но все они делятся на подпружиненные и беспружинные. С первыми все понятно — там основной упор делается на силу противодействия пружины. Второй вид — это когда возврат запорного элемента происходит под действием собственной массы.

Трехходовые клапаны. Этот вид запорной арматуры устанавливается в отопительные системы, где предусмотрены низкотемпературные контуры. К примеру, когда в схеме есть конденсационный котел. В настоящее время производители выпускают такой вид клапанов с ручным переключением или с электрическим. Во втором случае необходимо подключать прибор к сети переменного тока напряжением 220 вольт.

Трехходовые клапаны

Давайте подробнее остановимся на трехходовых клапанах, потому что потребители редко с ними сталкиваются, и многим они просто неизвестны. В их конструкции три отверстия — два выходных и одно входное. Поток теплоносителя регулируется заслонкой, которая может быть в виде штока или шара. Вращательное движение перераспределяет поток движущейся жидкости.

Мы уже упоминали о конденсационных котлах, но трехходовые клапаны используются не только в этих системах. Очень часто их применяют, когда от одного нагревательного котла работают разные системы отопления. К примеру, «теплые полы» и обычные радиаторы. Понятно, что для теплого пола не нужно нагревать теплоноситель до очень высокой температуры. Но что делать, если котел один, и греет он горячую воду до стандартной для всей системы температуры?

В этом случае трехходовой клапан выполняет сразу несколько функций:

• Во-первых, он разделяет участки.
• Во-вторых, разграничивает плотность потока по ветвям.
• В-третьих, с его помощью происходит смешивание теплоносителя из магистрали подачи и обратки, до того как последний будет подан в систему отопления «теплый пол». То есть в половое отопление вода будет поступать с более низкой температурой, чем на радиаторы.

Несколько рекомендаций. Берите модель с сервоприводом. Это избавит вас от необходимости постоянного контроля над температурой теплоносителя. Подобное устройство является автоматическим и работает от датчика, вмонтированного в низкотемпературный контур. Изменение температуры влечет за собой срабатывание запорного устройства, которое открывает или закрывает подачу воды из обратной магистрали. Так что все просто.

И последнее. Сервопривод может входить в комплектацию клапана или продаваться в качестве отдельного элемента. А сами клапаны изготавливают из стали, чугуна или латуни. Последние используются в системах отопления жилых помещений.

Принцип действия

На поясняющем рисунке справа — 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.

Как подобрать предохранительный клапан

При выборе ПСК следует учитывать:

• конструктивные особенности клапанов;
• пропускную способность;
• размеры и технические характеристики трубопроводной арматуры.

Основные конструкции ПСК и их преимущества

В зависимости от конструктивных особенностей все предохранительные клапаны подразделяются на два вида:

1. пружинные механизмы. Устройство клапанов данного вида наиболее простое, что способствует увеличению срока службы арматуры. В основе клапан располагается пружина, которая и срабатывает при повышении давления в системе отопления (газо- или водоснабжения). Пружинный клапан должен быть дополнен специализированным устройством для принудительного срабатывания, что позволяет исключить возможность «залипания» запорного узла арматуры;

Предохранительный клапан с рабочим механизмом в виде пружины

1. мембранные механизмы. В отличие от предыдущего вида арматура данного вида дополнительно оснащается мембраной, которая является чувствительной деталью. Мембрана подает сигнал о наличии повышенного давления на пружину и только после этого происходит открытие арматуры.

ПСК с дополнительным чувствительным элементом

Мембранные клапаны можно использовать в трубопроводах с любым показателем давления, так как чувствительность такой арматуры выше, чем у пружинных механизмов.

Виды клапанов по пропускной способности

По пропускной способности клапаны подразделяются:

• на малоподъемные механизмы. Пропускная способность увеличивается пропорционально увеличению давления в системе. Как правило, это происходит медленно в течение определенного промежутка времени. Опускание запорного элемента после аварийного срабатывания также производится медленно, что снижает герметичность системы. По этой причине не рекомендуется устанавливать малоподъеменые клапана на газовый трубопровод;
• на полноподъемные механизмы. В отличие от предыдущего вида срабатывание арматуры происходит резко, непосредственно при достижении критического уровня давления. Так же резко клапан и закрывается после нормализации учетного показателя.

Размеры и характеристики арматуры

При определении основных параметров предохранительного клапана требуется учитывать:

• диаметр (условный проход арматуры) и габаритные размеры;
• тип присоединения устройства (фланцевое или муфтовое);
• класс герметичности (ГОСТ 9544-2005);
• возможность настройки и ее диапазон (настройка является одним из важнейших параметров выбора и зависит от технических данных трубопровода);
• параметры контролируемого давления.

Основными видами ПСК являются устройства с диаметром 25 мм и 50 мм. Технические характеристики арматуры приведены в таблице.

Технические характеристики ПСК 25 и ПСК 50

После выбора клапанов проводится проверка срабатывания устройства и только после этого можно приобретать и устанавливать арматуру.