По всему миру в производственных процессах используются ручные клапаны. Данная статья расскажет об общем механизме работы наиболее распространенных клапанов и кранов, используемых в паровой индустрии: Шаровые краны, Поворотные затворы, Вентили, Задвижки и Диафрагменные клапаны.

Японский промышленный стандарт даёт клапану следующее определение:

общее название устройства с подвижным элементом*, который открывает и закрывает проход для предотвращения утечки жидкости или контроля её потока.

* Упомянутая подвижная функция является клапанным элементом

Шаровые краны хорошо обеспечивают перекрытие прохода. Простой поворот на 90° полностью открывает или закрывает кран. Благодаря этому, время манипулирования краном сокращается и уменьшает вероятность утечек из-за износа сальникового уплотнения.

Шаровые краны можно разделить на две категории: с уменьшенным проходным отверстием и с полнопроходным. В первом случае отверстие клапана меньше диаметра трубы, а во втором — точно такого же диаметра. Полнопроходные шаровые краны ценятся из-за способности сводить к минимуму перепады давления.

Использовать шаровые краны рекомендуется либо в полностью открытом, либо в полностью закрытом положении. Они не подходят для регулирования потока в частично открытом положении, т.к. это приводит к износу уплотнительного кольцеобразного седла.

Если кран открыт наполовину, давление действует только на одну часть седла, что может привести к его деформации. А если седло деформировано, его уплотнительные свойства пострадают, что приведёт к утечкам.

В поворотных затворах поток регулируется с помощью дискового элемента, закрепленного в центре клапана штырём. Как и у шаровых кранов, время работы поворотного затвора короткое, потому что клапанный элемент достаточно просто повернуть на 90 °, чтобы открыть или закрыть проход.

Поворотные затворы отличаются простой конструкцией, они немного весят и очень компактны. Межфланцевое расстояние чрезвычайно мало, а это значит, что перепады давления в поворотном затворе будут меньше, чем в вентилях (см. ниже). Материалы, используемые для клапанного элемента и уплотнения, могут ограничивать их применение при более высоких температурах или с определенными типами жидкостей. Поворотные затворы часто используются для работы с водой и воздухом, а также для труб большого диаметра.

Вентиль подходит для использования в самых разных областях: от регулирования скорости потока до операций открытия и закрытия.

В таких клапанах регулирование скорости потока определяется не размером седла клапана, а скорее степенью подъёма плунжера этого клапана (расстояние между седлом клапана и его плунжером). Одной из особенностей вентилей является то, что, в отличие от некоторых других клапанов, при их использовании в полуоткрытом положении существует меньшая вероятность поломки седла клапана и плунжера под воздействием рабочей среды. Среди всех существующих конфигураций вентилей для регулирования скорости потока особенно подходят клапаны игольчатого типа.

Ещё один момент, о котором стоит упомянуть, если речь идёт о вентильных конструкциях клапанов: перепады давления тут больше из-за прохода S-образной формы искривления потока. Время работы клапана также больше, т.к. его шток должен повернуться несколько раз для открытия и закрытия, а это может привести к утечкам на уровне сальникового уплотнения (сальника). Кроме того, шток клапана не следует поворачивать слишком далеко, это может повредить посадочную поверхность.

Конструкция задвижек похожа на конструкцию шлюза: поток контролируется за счёт подъёма или опускания клапанного элемента, который бывает трёх типов — жесткий, гибкий и разделительный. Последние два типа помогают предотвратить деформацию клапанного элемента и корпуса, которая может быть вызвана различными условиями эксплуатации.

Как и шаровые краны, задвижки обычно не используются для регулирования потока. Одна из причин этого заключается в том, что клапанный элемент может быть поврежден в полуоткрытом положении. По тому же принципу они ограничивают падение давления, когда клапан полностью открыт. Но для того чтобы клапан полностью открыть или закрыть, придётся неоднократно прокрутить ручку, что делает продолжительность выполнения операции этих клапанов самой долгой по сравнению со всеми вышеперечисленными видами.